Pompe de căldură pentru încălzirea casei tale. Pompa de caldura in incalzirea locuintei Instalarea unei pompe de caldura pentru incalzirea locuintei

Arderea combustibililor clasici (gaz, lemn, turbă) este una dintre modalitățile străvechi de producere a căldurii. Cu toate acestea, epuizarea surselor de energie tradiționale i-a determinat pe oameni să caute alternative mai complexe, dar nu mai puțin eficiente. Una dintre ele a fost inventarea unei pompe de căldură, a cărei funcționare se bazează pe legile școlare ale fizicii.

Funcționarea pompei de căldură

Principiul de funcționare al pompelor de căldură, care este foarte complex la prima vedere, se bazează pe câteva legi simple ale termodinamicii și proprietățile lichidelor și gazelor:

  1. Când un gaz trece în stare lichidă (condens), căldură este eliberată
  2. Când un lichid se transformă în gaz (evaporare), căldura este absorbită

Majoritatea lichidelor pot fierbe la temperaturi destul de ridicate, aproape de 100 de grade. Dar există și substanțe cu puncte de fierbere destul de scăzute. Pentru freon sunt cam 3-4 grade. Transformându-se în gaz, este ușor comprimat și temperatura din interiorul recipientului începe să crească.

Teoretic, freonul poate fi comprimat pentru a obține orice temperatură dorită, dar în practică este limitat la 80-90 de grade necesare pentru funcționarea completă a unui sistem clasic de încălzire.

Toată lumea întâlnește o pompă de căldură de mai multe ori pe zi când trece pe lângă frigider. Cu toate acestea, în el funcționează în direcția opusă, luând căldura produselor și disipând-o în atmosferă.

Video despre tehnologia de lucru

Diagrama pompei de caldura

Performanța majorității pompelor de căldură se bazează pe căldura solului, în care temperatura practic nu fluctuează pe tot parcursul anului (în interval de 7-10 grade). Căldura se deplasează între trei circuite:

  1. Circuit de incalzire
  2. Pompa de caldura
  3. Circuit de saramură (alias de pământ).

Principiul clasic de funcționare al pompelor de căldură într-un sistem de încălzire constă din următoarele elemente:

  1. Schimbător de căldură care transferă căldura preluată de la sol către circuitul intern
  2. Dispozitiv de compresie
  3. Un al doilea dispozitiv de schimb de căldură care transferă energia primită în circuitul intern către sistemul de încălzire
  4. Mecanism care reduce presiunea în sistem (accelerare)
  5. Circuit de saramură
  6. Sondă de pământ
  7. Circuit de incalzire

Conducta, care servește ca circuit primar, este plasată într-o fântână sau îngropată direct în pământ. De-a lungul acestuia se deplasează un lichid de răcire care nu îngheață, a cărui temperatură crește la o caracteristică similară a pământului (aproximativ +8 grade) și intră în al doilea circuit.

Circuitul secundar preia căldură din lichid. Freonul care circulă în interior începe să fiarbă și este transformat în gaz, care este trimis la compresor. Pistonul îl comprimă la 24-28 atm, datorită căruia temperatura crește la +70-80 de grade.

În această etapă de lucru, energia este concentrată într-un cheag mic. Din acest motiv, temperatura crește.

Gazul încălzit intră în al treilea circuit, care este reprezentat de sistemele de alimentare cu apă caldă sau chiar sistemele de încălzire a locuinței. În timpul transferului de căldură sunt posibile pierderi de până la 10-15 grade, dar nu sunt semnificative.

Când freonul se răcește, presiunea scade și se transformă înapoi în stare lichidă. La o temperatură de 2-3 grade se revarsă în al doilea circuit. Ciclul se repetă din nou și din nou.

Principalele tipuri

Principiul de funcționare al pompelor de căldură este conceput astfel încât să poată fi operate cu ușurință, fără întrerupere, într-un interval larg de temperatură - de la -30 la +40 de grade. Următoarele două tipuri de modele sunt cele mai populare:

  • Tipul de absorbție
  • Tip de compresie

Modelele de tip absorbție au o structură destul de complexă. Ele transferă energia termică primită direct folosind sursa. Funcționarea lor reduce semnificativ costurile materiale pentru electricitatea și combustibilul consumat. Modelele de tip compresie consumă energie (mecanică și electrică) pentru a transfera căldură.

În funcție de sursa de căldură utilizată, pompele sunt împărțite în următoarele tipuri:

  1. Reciclarea căldurii reziduale- cele mai scumpe modele care au câștigat popularitate pentru încălzirea instalațiilor industriale, în care căldura secundară generată de alte surse este irosită.
  2. Aer– preluarea căldurii din aerul din jur
  3. geotermal– selectați căldura din apă sau pământ

După tipurile de intrare/ieșire, toate modelele pot fi clasificate după cum urmează - sol, apă, aer și diferitele lor combinații.

Pompe de căldură geotermale

Populare sunt modelele de pompe geotermale, care sunt împărțite în două tipuri: de tip închis sau deschis.

Designul simplu al sistemelor deschise permite încălzirea apei care trece înăuntru, care ulterior reintră în pământ. Funcționează în mod ideal în prezența unui volum nelimitat de lichid de răcire curat, care, după consum, nu dăunează mediului.

Sistemele cu buclă închisă ale pompelor de căldură geotermale sunt împărțite în următoarele tipuri:

  • Apa – situată într-un rezervor la o adâncime neînghețată
  • Cu o aranjare verticală - colectorul este plasat într-un puț la o adâncime de până la 200 m și este aplicabil în zone cu teren denivelat
  • Cu o aranjare orizontală - colectorul este plasat în pământ la o adâncime de 0,5-1 m, este foarte important să se asigure un contur mare într-o zonă limitată

Pompa aer-apa

Una dintre cele mai versatile opțiuni este modelul aer-apă. În perioadele calde ale anului este foarte eficient, dar iarna productivitatea poate scădea semnificativ.

Avantajul sistemului este instalarea sa simplă. Echipamentul adecvat poate fi montat în orice loc convenabil, de exemplu, pe acoperiș. Căldura care este îndepărtată din cameră sub formă de gaz sau fum poate fi refolosită.

Tip apă-apă

Pompa de căldură apă-apă este una dintre cele mai eficiente. Dar utilizarea sa poate fi limitată de prezența unui rezervor în apropiere sau de adâncimea insuficientă, la care nu se observă o scădere semnificativă a temperaturii în timpul iernii.

Energia potențială scăzută poate fi selectată din următoarele surse:

  • Panza freatica
  • Rezervoare deschise
  • Ape uzate industriale

Cel mai simplu principiu de funcționare al pompelor de căldură este pentru modelele care extrag căldură dintr-un rezervor. Dacă se ia decizia de a folosi apa subterană, poate fi necesară forarea unui puț.

Tip sol-apă

Căldura poate fi obținută din sol pe tot parcursul anului, deoarece la adâncimi de 1 m temperatura rămâne practic neschimbată. „Saramura” este folosită ca purtător de căldură - un lichid care nu îngheață care circulă.

Unul dintre dezavantajele sistemului de apă subterană este necesitatea unei suprafețe mari pentru a obține eficiența dorită. Ei încearcă să o niveleze prin așezarea țevilor în inele.

Colectorul poate fi amplasat în poziție verticală, dar va fi necesară o fântână adâncă de până la 150 m. Umbrelele sunt instalate în partea de jos pentru a colecta căldura de la sol.

Avantajele și dezavantajele sistemelor de încălzire cu pompă de căldură

Pompele de căldură sunt utilizate pe scară largă în sistemele de încălzire pentru zone private rezidențiale sau industriale. Ele înlocuiesc treptat sursele de energie mai clasice datorită fiabilității și eficienței lor.

Printre numeroasele beneficii pe care le oferă operarea unei pompe de căldură se numără:

  • Economisirea resurselor materiale pentru întreținerea sistemului și lichidul de răcire
  • Pompele funcționează complet autonom
  • Nu sunt eliberate în mediu produse dăunătoare de combustie sau alte substanțe toxice
  • Siguranța la incendiu a echipamentelor montate
  • Abilitatea de a inversa cu ușurință funcționarea sistemului

În ciuda numeroaselor avantaje, este necesar să se țină cont de aspectele negative ale utilizării unei pompe de căldură:

  • Investiții inițiale mari pentru instalarea unui sistem de încălzire - de la 3 la 10 mii de dolari
  • În perioadele reci, când temperaturile scad sub -15 grade, trebuie să vă gândiți la opțiuni alternative de încălzire
  • Încălzirea bazată pe funcționarea unei pompe de căldură este cea mai eficientă numai în sistemele cu lichid de răcire la temperatură scăzută

Un alt videoclip schematic:

Să rezumam

După ce ați învățat și stăpânit principiul de funcționare a unei pompe de căldură, vă puteți gândi și decide oportunitatea instalării și utilizării acesteia. Costurile inițiale, care pot părea foarte mari, vor plăti în curând și vor începe să aducă un fel de profit sub formă de economii la combustibilul clasic.

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

O unitate cum ar fi o pompă de căldură are un principiu de funcționare similar cu cel al aparatelor de uz casnic - un frigider și un aparat de aer condiționat. Împrumută aproximativ 80% din puterea sa din mediu. Pompa pompează căldura de pe stradă în cameră. Funcționarea sa este similară cu principiul de funcționare al unui frigider, doar direcția de transfer al energiei termice este diferită.

De exemplu, pentru a răci o sticlă de apă, oamenii o pun în frigider, apoi aparatul de uz casnic „preia” parțial căldura de la acest obiect și acum, conform legii conservării energiei, trebuie să o elibereze. Dar unde? Totul este simplu, in acest scop frigiderul dispune de un calorifer, situat de obicei pe peretele din spate. La rândul său, caloriferul, încălzindu-se, degajă căldură încăperii în care se află. Astfel, frigiderul încălzește camera. Gradul în care se încălzește poate fi resimțit în magazinele mici în vara fierbinte, când sunt pornite mai multe unități frigorifice.

Și acum puțină imaginație. Să presupunem că obiectele calde sunt plasate în mod constant în frigider și acesta încălzește camera sau este plasat într-o deschidere a ferestrei, ușa congelatorului este deschisă spre exterior și radiatorul este în cameră. În timpul funcționării sale, aparatul de uz casnic, răcind aerul din exterior, va transfera simultan în clădire energia termică care există în exterior. Acesta este exact principiul de funcționare al unei pompe de căldură.

De unde ia pompa caldura?

Pompa de căldură funcționează datorită exploatării surselor naturale de energie termică cu potențial scăzut, printre care:
  • aerul înconjurător;
  • corpuri de apă (râuri, lacuri, mări);
  • ape arteziene și termale de sol și sol.

Sistem de incalzire cu pompa de caldura

Când o pompă de căldură este utilizată pentru încălzire, principiul ei de funcționare se bazează pe integrarea în sistemul de încălzire. Este format din două circuite, la care se adaugă un al treilea, care este un design de pompă.

Lichidul de răcire, care absoarbe căldura din mediu, circulă de-a lungul circuitului extern. Intră în evaporatorul pompei și eliberează aproximativ 4 -7 °C în agentul frigorific, în ciuda faptului că punctul său de fierbere este -10 °C. Ca urmare, agentul frigorific fierbe și apoi intră în stare gazoasă. Lichidul de răcire deja răcit din circuitul extern este trimis la următoarea tură pentru a seta temperatura.

Circuitul funcțional al pompei de căldură este format din:

  • evaporator;
  • agent frigorific;
  • compresor electric;
  • condensator;
  • capilar;
  • dispozitiv de control termostatic.
Procesul de funcționare a pompei de căldură arată cam așa:
  • După fierbere, agentul frigorific, deplasându-se prin conductă, intră în compresor, care funcționează cu energie electrică. Acest dispozitiv comprimă agentul frigorific, care se află în stare gazoasă, la presiune ridicată, ceea ce face ca temperatura acestuia să crească;
  • gazul fierbinte intră într-un alt schimbător de căldură (condensator), în care căldura agentului frigorific este transferată către lichidul de răcire care circulă prin circuitul intern al sistemului de încălzire, sau către aerul din încăpere;
  • la răcire, agentul frigorific se transformă într-o stare lichidă, după care trece prin supapa capilară de reducere a presiunii, pierzând presiunea și apoi ajunge din nou în evaporator;
  • astfel, ciclul s-a încheiat și procesul este gata să se repete.

Calculul aproximativ al puterii de încălzire

Pe parcursul unei ore, prin pompă trec 2,5-3 metri cubi de lichid de răcire prin colectorul extern, pe care pământul îl poate încălzi cu ∆t = 5-7 °C (citiți și: " "). Pentru a calcula puterea termică a unui circuit dat, ar trebui să utilizați formula:

Q = (T 1 - T 2) x V, unde:
V – debit de lichid de răcire pe oră (m 3 /oră);
T 1 - T 2 - diferența de temperatură între intrare și intrare (°C).

Tipuri de pompe de căldură

În funcție de tipul de căldură disipată consumată, pompele de căldură sunt:
  • ape subterane - pentru funcționarea lor într-un sistem de încălzire a apei se folosesc contururi închise ale solului sau sonde geotermale situate la adâncime (mai multe detalii: " ");
  • apă-apă - principiul de funcționare în acest caz se bazează pe utilizarea puțurilor deschise pentru colectarea și evacuarea apelor subterane (a se citi: " "). În acest caz, circuitul extern nu este în buclă, iar sistemul de încălzire din casă este apă;
  • apă-aer - instalați circuite de apă externe și utilizați structuri de încălzire de tip aer;
  • aer-aer - pentru funcționarea lor, folosesc căldura disipată a maselor de aer exterior plus sistemul de încălzire cu aer al casei.

Avantajele pompelor de căldură

  1. Cost-eficient și eficient. Principiul de funcționare al pompelor de căldură prezentat în fotografie nu se bazează pe producția de energie termică, ci pe transferul acesteia. Astfel, randamentul pompei de caldura trebuie sa fie mai mare decat unitatea. Dar cum este posibil acest lucru? În legătură cu funcționarea pompelor de căldură, se folosește o valoare numită coeficient de conversie a căldurii, sau prescurtată ca CCT. Caracteristicile unităților de acest tip sunt comparate exact în funcție de acest parametru.Sensul fizic al cantității este de a determina relația dintre cantitatea de căldură primită și energia cheltuită pentru a o obține. De exemplu, dacă coeficientul CPT este 4,8, aceasta înseamnă că 1 kW de energie electrică cheltuită de pompă produce 4,8 kW de căldură, gratuit din natură.
  2. Aplicație universală. În cazul în care nu există linii electrice accesibile consumatorilor, compresorul pompei este acționat folosind un motor diesel. Deoarece căldura naturală este peste tot, principiul de funcționare al acestui dispozitiv îi permite să fie folosit peste tot.
  3. Prietenia mediului. Principiul de funcționare al pompei de căldură se bazează pe un consum redus de energie electrică și pe absența produselor de ardere. Agentul frigorific utilizat de unitate nu conține clorocarburi și este complet sigur pentru ozon.
  4. Mod de operare bidirecțional. În timpul sezonului de încălzire, pompa de căldură este capabilă să încălzească clădirea și să o răcească vara. Căldura preluată din încăpere poate fi folosită pentru a asigura casa cu alimentare cu apă caldă și, dacă există o piscină, pentru a încălzi apa din aceasta.
  5. Operare sigură. Nu există procese periculoase în funcționarea pompelor de căldură - nu există foc deschis și nu sunt eliberate substanțe dăunătoare sănătății umane. Lichidul de răcire nu are o temperatură ridicată, ceea ce face ca dispozitivul să fie sigur și, în același timp, util în viața de zi cu zi.
  6. Control automat al procesului de încălzire a încăperii.

 Principiul de funcționare a unei pompe de căldură, un videoclip destul de detaliat:

Câteva caracteristici ale funcționării pompei

Pentru a asigura funcționarea eficientă a pompei de căldură, trebuie îndeplinite o serie de condiții:
  • camera trebuie să fie bine izolată (pierderea de căldură nu poate depăși 100 W/m²);
  • Este avantajos să folosiți o pompă de căldură pentru sistemele de încălzire la temperatură joasă. Sistemul de încălzire prin pardoseală îndeplinește acest criteriu, deoarece temperatura acestuia este de 35-40°C. CPT depinde în mare măsură de relația dintre temperatura circuitului de intrare și circuitul de ieșire.

Principiul de funcționare al pompelor de căldură este transferul de căldură, ceea ce vă permite să obțineți un coeficient de conversie a energiei de la 3 la 5. Cu alte cuvinte, fiecare 1 kW de energie electrică folosit aduce 3-5 kW de căldură în casă.

O pompă de căldură este un dispozitiv universal care combină funcțional caracteristicile unui aparat de aer condiționat, un încălzitor de apă și un cazan de încălzire. Acest dispozitiv nu folosește combustibil convențional; funcționarea sa necesită surse regenerabile din mediu - energie din aer, sol, apă.

Prin urmare, o pompă de căldură astăzi este cea mai rentabilă unitate, deoarece funcționarea sa nu depinde de costul combustibilului și este, de asemenea, ecologică, deoarece sursa de căldură nu este electricitatea sau produsele de ardere, ci sursele naturale de căldură.

Pentru a înțelege mai bine cum funcționează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case, merită să ne amintim principiul de funcționare a unui frigider. Aici substanța de lucru se evaporă, eliberând frigul. În pompă, dimpotrivă, condensează și produce căldură.

Principiul de funcționare al pompei de căldură

Întregul proces al sistemului este prezentat sub forma unui ciclu Carnot - numit după inventator. Poate fi descris după cum urmează. Lichidul de răcire trece prin circuitul de lucru - aer, pământ, apă și combinațiile lor , de unde este trimis la primul schimbător de căldură - camera de evaporare. Aici transferă căldura acumulată agentului frigorific care circulă în circuitul intern al pompei.

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură pentru încălzire acasă

Agentul frigorific lichid intră în camera de evaporare, unde presiunea scăzută și temperatura (5 0 C) îl transformă în stare gazoasă. Următoarea etapă este transferul de gaz la compresor și comprimarea acestuia. Ca urmare, temperatura gazului crește brusc, gazul trece în condensator, aici schimbă căldură cu sistemul de încălzire. Gazul răcit se transformă în lichid și ciclul se repetă.

Avantajele și dezavantajele pompelor de căldură

Funcționarea pompelor de căldură pentru încălzirea unei locuințe poate fi controlată folosind termostate special instalate. Pompa pornește automat când temperatura mediului scade sub o valoare setată și se oprește dacă temperatura depășește un punct de referință. Astfel, dispozitivul menține o temperatură constantă în cameră - acesta este unul dintre avantajele dispozitivelor.

Avantajele dispozitivului sunt eficiența acestuia - pompa consumă o cantitate mică de energie electrică și respectarea mediului, sau siguranță absolută pentru mediu. Principalele avantaje ale dispozitivului:

  • Fiabilitate. Durata de viață depășește 15 ani, toate părțile sistemului au o durată de viață ridicată, fluctuațiile de energie nu dăunează sistemului.
  • Siguranță. Nu există funingine, evacuare, flacără deschisă, scurgerile de gaz sunt excluse.
  • Confort. Funcționarea pompei este silențioasă, climatizarea și un sistem automat, a cărui funcționare depinde de condițiile meteorologice, contribuie la crearea confortului și confortului în casă.
  • Flexibilitate. Aparatul are un design modern, stilat si poate fi combinat cu orice sistem de incalzire a locuintei.
  • Versatilitate. Folosit în construcții private și civile. Pentru că are o gamă largă de putere. Datorită acestui fapt, poate furniza căldură încăperilor de orice dimensiune - de la o casă mică la o căsuță.

Structura complexă a pompei determină principalul său dezavantaj - costul ridicat al echipamentului și instalarea acestuia. Pentru a instala dispozitivul, este necesar să efectuați lucrări de excavare în volume mari.

Pompe de căldură - clasificare

Funcționarea unei pompe de căldură pentru încălzirea unei case este posibilă într-un interval larg de temperatură - de la -30 la +35 grade Celsius. Cele mai comune dispozitive sunt absorbția (transferă căldura prin sursa sa) și compresia (circulația fluidului de lucru are loc din cauza electricității). Dispozitivele de absorbție sunt cele mai economice, dar sunt mai scumpe și au un design complex.

Clasificarea pompelor după tipul de sursă de căldură:

  1. geotermal. Ele iau căldura apei sau a pământului.
  2. Aeropurtat. Ele iau căldură din aerul atmosferic.
  3. Căldura secundară. Ele iau așa-numita căldură industrială - generată în timpul producției, încălzirii și altor procese industriale.

Lichidul de răcire poate fi:

  • Apă dintr-un rezervor artificial sau natural, apă subterană.
  • Amorsare.
  • Masele de aer.
  • Combinații ale mediilor de mai sus.

Pompă geotermală - principii de proiectare și funcționare

O pompă geotermală pentru încălzirea unei case folosește căldura solului, pe care o selectează cu sonde verticale sau cu un colector orizontal. Sondele sunt amplasate la o adâncime de până la 70 de metri, sonda este situată la mică distanță de suprafață. Acest tip de dispozitiv este cel mai eficient deoarece sursa de căldură are o temperatură destul de ridicată, constantă pe tot parcursul anului. Prin urmare, este necesar să cheltuiți mai puțină energie pentru a transporta căldura.

Un astfel de echipament necesită costuri mari de instalare. Costul forării puțurilor este mare. În plus, suprafața alocată colectorului trebuie să fie de câteva ori mai mare decât suprafața casei sau a cabanei încălzite. Important de reținut: terenul pe care se afla colectorul nu poate fi folosit pentru plantarea de legume sau pomi fructiferi - radacinile plantelor vor fi supraracite.

Folosind apa ca sursa de caldura

Un corp de apă este o sursă de cantități mari de căldură. Pentru pompă, puteți folosi rezervoare care nu îngheață de la 3 metri adâncime sau apă subterană la un nivel înalt. Sistemul poate fi implementat după cum urmează: conducta schimbătorului de căldură, cântărită cu o sarcină la o rată de 5 kg pe 1 metru liniar, este așezată pe fundul rezervorului. Lungimea conductei depinde de filmarea casei. Pentru o camera de 100 mp. Lungimea optimă a conductei este de 300 de metri.

În cazul utilizării apei subterane, este necesar să se foreze două puțuri, amplasate una după alta în direcția apei subterane. În primul puț este plasată o pompă, care furnizează apă schimbătorului de căldură. Apa răcită curge în al doilea puț. Acesta este așa-numitul circuit deschis de colectare a căldurii. Principalul său dezavantaj este că nivelul apei subterane este instabil și poate varia semnificativ.

Aerul este cea mai accesibilă sursă de căldură

Când se folosește aer ca sursă de căldură, schimbătorul de căldură este un radiator, suflat forțat de un ventilator. Dacă o pompă de căldură este utilizată pentru a încălzi o casă folosind un sistem aer-apă, utilizatorul primește următoarele beneficii:

  • Posibilitate de incalzire intreaga casa. Apa, acționând ca lichid de răcire, este distribuită prin aparatele de încălzire.
  • Cu costuri minime de energie, este posibilă asigurarea locuitorilor cu apă caldă. Acest lucru este posibil datorită prezenței unui schimbător de căldură suplimentar izolat termic cu un rezervor de stocare.
  • Pompele de un tip similar pot fi folosite pentru a încălzi apa în piscine.

Dacă pompa funcționează pe un sistem aer-aer, lichidul de răcire nu este folosit pentru încălzirea încăperii. Încălzirea se realizează folosind energia termică primită. Un exemplu de implementare a unei astfel de scheme ar fi un aparat de aer condiționat convențional setat pe modul de încălzire. Astăzi, toate dispozitivele care folosesc aerul ca sursă de căldură sunt bazate pe invertor. În ele, curentul alternativ este transformat în curent continuu, oferind un control flexibil al compresorului și al funcționării acestuia fără oprire. Și acest lucru crește resursele dispozitivului.

Pompă de căldură - un sistem alternativ de încălzire a locuinței

Pompele de căldură sunt o alternativă la sistemele moderne de încălzire. Sunt economice, ecologice și sigure de utilizat. Cu toate acestea, costul ridicat al lucrărilor de instalare și al echipamentului de astăzi nu permite ca dispozitivele să fie folosite peste tot. Acum știți cum funcționează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case și, după ce ați calculat toate avantajele și dezavantajele, puteți decide dacă o instalați.

pompa de caldura (CP) este un dispozitiv care realizează transferul, transformarea și conversia energiei termice. Conform principiului de funcționare, este similar cu dispozitivele și echipamentele cunoscute, cum ar fi un frigider sau un aparat de aer condiționat. Funcționarea oricărui TN se bazează pe ciclul Carnot invers, numit după celebrul fizician și matematician francez Sidi Carnot.

Principiul de funcționare al pompei de căldură

Să studiem mai detaliat fizica proceselor de operare ale acestui echipament. Pompa de căldură este formată din patru elemente principale:

  1. Compresor
  2. Schimbător de căldură (condensator)
  3. Schimbător de căldură (evaporator)
  4. Conectarea fitingurilor și a elementelor de automatizare.

Compresor necesar pentru comprimarea și mutarea agentului frigorific prin sistem. Când freonul este comprimat, temperatura și presiunea acestuia cresc brusc (presiunea se dezvoltă până la 40 bar, temperatura până la 140 C) și sub formă de gaz cu un grad ridicat de compresie merge la condensator(proces adiabatic, adică un proces în care sistemul nu interacționează cu spațiul exterior), în care transferă energie către consumator. Consumatorul poate fi fie mediul imediat care trebuie încălzit (de exemplu, aerul din interior), fie lichidul de răcire (apă, antigel etc.), care apoi distribuie energia prin sistemul de încălzire (radiatoare, pardoseli încălzite, plinte încălzite, convectoare). , ventiloconvectoare etc.). În acest caz, temperatura gazului scade în mod natural și își schimbă starea de agregare de la gazos la lichid (un proces izoterm, adică un proces care are loc la o temperatură constantă).

Apoi, agentul frigorific este în stare lichidă intră în evaporator, trecând printr-o supapă termostatică (TRV), care este necesară pentru a reduce presiunea și a doza debitul de freon în schimbătorul de căldură prin evaporare. Ca urmare a scăderii presiunii la trecerea prin canalele evaporatorului, are loc o tranziție de fază, iar starea de agregare a agentului frigorific se schimbă din nou în gaz. În acest caz, entropia gazului scade (pe baza proprietăților termofizice ale freonilor), ceea ce duce la o scădere bruscă a temperaturii, iar căldura este „eliminată” dintr-o sursă externă. Sursa externă poate fi aerul străzii, măruntaiele pământului, râurile, lacurile. Apoi, freonul gazos răcit este returnat la compresor și ciclul se repetă din nou.

De fapt, se dovedește că motorul termic în sine nu produce căldură, ci este un dispozitiv pentru mutarea, modificarea și modificarea energiei din mediu în cameră. Cu toate acestea, acest proces necesită energie electrică, al cărui consumator principal este unitatea de compresor. Raportul dintre puterea termică primită și puterea electrică consumată se numește factor de conversie (COR). Acesta variază în funcție de tipul de turbocompresor, de producătorul acestuia și de alți factori și variază de la 2 la 6.

În prezent, ca agent frigorific sunt utilizați diferite tipuri de freoni prietenoși cu ozonul (R410A, R407C), care provoacă daune minime mediului.

Motoarele termice moderne folosesc compresoare de tip scroll care nu necesită întreținere, practic nu au frecare și pot funcționa continuu timp de 30-40 de ani. Acest lucru asigură o durată lungă de viață a întregii unități. De exemplu, o companie germană Stiebel Eltron Există HP-uri care au funcționat fără reparații majore de la începutul anilor 70 ai secolului trecut.

Tipuri de pompe de căldură

În funcție de mediile utilizate pentru selectarea și redistribuirea energiei, precum și de caracteristicile de proiectare și metodele de aplicare, există patru tipuri principale de HP:

Pompă de căldură aer-aer

Acest tip de echipamente folosește aerul stradal ca sursă de energie cu potențial scăzut. În exterior, nu diferă de un sistem convențional de aer condiționat split, dar are o serie de caracteristici funcționale care îi permit să funcționeze la temperaturi scăzute (până la -30 C) și să „elimine” energia din mediu. Casa este incalzita direct cu aer cald incalzit in condensatorul pompei de caldura.

Avantajele HP aer-aer:

  • Cost scăzut
  • Timp scurt de instalare și ușurință comparativă de instalare
  • Nu există posibilitatea de scurgere a lichidului de răcire

Defecte:

  • Performanță stabilă până la -20 C
  • Necesitatea de a instala o unitate interioară în fiecare cameră sau de a organiza un sistem de conducte de aer pentru a furniza aer încălzit în toate încăperile.
  • Incapacitatea de a obține apă caldă (ACM)

În practică, astfel de sisteme sunt utilizate pentru locuințe sezoniere și nu pot acționa ca sursă principală de încălzire.

Pompa de caldura aer-apa

Principiul lor de funcționare este similar cu tipul anterior, însă nu încălzesc direct aerul din interiorul camerei, ci lichidul de răcire, care, la rândul său, este folosit pentru încălzirea casei și prepararea apei calde.

Avantajele TN „Aer – Apă”:

  • nu necesită organizarea unui „contur exterior” (foraj)
  • fiabilitate și durabilitate
  • indicatori de înaltă eficiență (COP) în perioadele de toamnă și primăvară

Dezavantajele TN:

  • Reducere semnificativă a COP la temperaturi scăzute (până la 1,2)
  • Necesitatea dezghețarii unității externe (mod invers)
  • Incapacitatea de a funcționa la temperaturi sub -25 C - -30 C

Astfel de pompe în climatul nostru încă nu pot acționa ca singura sursă de încălzire. Prin urmare, ele sunt adesea instalate (conform unei scheme bivalente) împreună cu echipamente suplimentare de încălzire (electrice, peleți, combustibil solid, boiler pe motorină, șemineu cu o manta de apă). De asemenea, sunt potrivite pentru reconstrucția și automatizarea cazanelor vechi folosind combustibili tradiționali. Acest lucru permite ca sistemul să funcționeze în modul automat pentru cea mai mare parte a anului (nu este nevoie să încărcați combustibil solid sau să alimentați motorină), folosind doar puterea CP.

Pompă de căldură cu apă saramură

Una dintre cele mai comune din Republica Belarus. Folosind statisticile organizației noastre, 90% din pompele de căldură instalate sunt geotermale. În acest caz, intestinele pământului sunt folosite ca „contur exterior”. Datorită acestui fapt, aceste pompe de căldură au cel mai important avantaj față de alte tipuri de pompe de căldură - un indicator stabil de eficiență de funcționare (COP) indiferent de perioada anului.

Conform terminologiei stabilite, circuitul extern se numește geotermal.

Există două tipuri principale de circuite geotermale:

  • Orizontală
  • Vertical

Să ne uităm la fiecare dintre ele mai detaliat.

Contur orizontal

Contur orizontal este un sistem de țevi de polietilenă așezate sub stratul superior al solului la o adâncime de aproximativ 1,5 - 2 m, sub nivelul de îngheț. Temperatura în această zonă rămâne pozitivă (de la +3 la +15 C) pe tot parcursul anului calendaristic, atingând un maxim în octombrie și un minim în mai. Suprafața ocupată de colector depinde de suprafața clădirii, de gradul de izolare a acesteia și de dimensiunea geamului. Deci, de exemplu, pentru o clădire rezidențială cu două etaje, cu o suprafață de 200 m2, care are o izolație bună care îndeplinește standardele moderne, aproximativ patru acri de teren (400 m2) vor trebui alocate pentru un câmp geotermal. Desigur, pentru o evaluare mai precisă a diametrului conductelor utilizate și a zonei ocupate, este necesar un calcul de inginerie termică detaliat.

Iată cum arată instalarea unui colector orizontal la una dintre unitățile noastre din Dzerzhinsk (Republica Belarus):


Avantajele unui colector orizontal:

  • Cost mai mic comparativ cu sondele geotermale
  • Posibilitatea de a efectua lucrări la instalarea acestuia împreună cu realizarea altor comunicații (alimentare cu apă, canalizare)

Dezavantajele unui colector orizontal:

  • Suprafață mare ocupată (este interzisă ridicarea de structuri permanente, asfalt, așezarea plăcilor de pavaj, este necesar să se asigure accesul natural la lumină și precipitații)
  • Lipsa posibilității de amenajare cu amenajarea peisajului gata făcută a sitului
  • Stabilitate mai mică în comparație cu un colector vertical.

Amenajarea acestui tip de colector se realizează de obicei în două moduri. In primul caz pe întreaga zonă de așezare, îndepărtați partea superioară strat de sol, grosime de 1,5-2m, conductele schimbătorului de căldură sunt în curs de așezare cu un pas dat (de la 0,6 la 1,5 m) iar rambleul se efectuează. Pentru a efectua astfel de lucrări, sunt potrivite echipamente puternice, cum ar fi încărcătorul frontal, buldozerul, excavatoarele cu rază mare de acțiune și volumul cupei.

În al doilea caz așezarea buclelor de contur de sol se realizează pas cu pas în pregătire șanțuri, lățime de la 0,6 m până la 1 m. Excavatoarele mici și buldoexcavatoarele sunt potrivite în acest scop.

Contur vertical

Colector vertical reprezintă puţuri cu adâncimi de la 50 la 200 mși mai mult, în care sunt coborâte dispozitive speciale - sonde geotermale. Temperatura din această zonă rămâne constantă timp de mulți ani și decenii și crește odată cu creșterea adâncimii. Creșterea are loc în medie cu 2-5 C la fiecare 100 m. Această valoare caracterizatoare se numește gradient de temperatură.

Procesul de instalare a unui colector vertical la instalația noastră din satul Kryzhovka, lângă Minsk:


Studiind hărțile de distribuție a temperaturii la diferite adâncimi de pe teritoriul Republicii Belarus și în special al orașului Minsk, se poate observa că temperatura variază de la o regiune la alta și poate diferi semnificativ în funcție de locație. Deci, de exemplu, la o adâncime de 100 m în zona Svetlogorsk poate atinge +13 C, iar în unele zone din regiunea Vitebsk la aceeași adâncime nu depășește +8,5 C.

Desigur, atunci când se calculează adâncimea de foraj și se proiectează dimensiunea, diametrul și alte caracteristici ale sondelor geotermale, este necesar să se țină cont de acest factor. În plus, este necesar să se țină cont de compoziția geologică a rocilor prin care se trece. Doar pe baza acestor date puteți proiecta corect un circuit geotermal.

După cum arată practica și statisticile organizației noastre, 99% dintre problemele din timpul funcționării HP sunt asociate cu funcționarea circuitului extern, iar această problemă nu apare imediat după punerea în funcțiune a echipamentului. Și există o explicație pentru aceasta, deoarece dacă geoconturul este calculat incorect (de exemplu, pe teritoriul regiunii Vitebsk, unde, după cum ne amintim, gradientul geotermal este unul dintre cele mai scăzute din Republică), munca sa inițială este nu este satisfăcător, dar în timp grosimea pământului se „răce”, Echilibrul termodinamic este perturbat și încep problemele, iar problema poate apărea abia în al doilea sau al treilea sezon de încălzire. Un contur supradimensionat pare mai puțin problematic, dar clientul este obligat să plătească pentru metri inutile de foraj din cauza incompetenței antreprenorului, ceea ce duce inexorabil la o creștere a costului întregului proiect.

Studiul subsolului pământului ar trebui să fie deosebit de critic în timpul construcției de mari unități comerciale, unde numărul puțurilor este de zeci, iar fondurile economisite (sau irosite) la construirea acestora pot fi foarte semnificative.

Pompă de căldură apă-apă

Un tip de sursă de căldură geotermală poate fi apele subterane. Au o temperatură constantă (de la +7 C și mai sus) și apar în cantități semnificative la diferite adâncimi pe teritoriul Republicii Belarus. Potrivit tehnologiei, apa subterană este ridicată dintr-un puț de o pompă centrifugă și intră într-o stație de transfer de căldură și masă, unde transferă energie către antigelul circuitului inferior al pompei de căldură. Eficiența de funcționare a acestui sistem depinde de nivelul apei subterane (în funcție de adâncimea de ridicare, este necesară o anumită putere a pompei) și de distanța de la puțul de admisie până la stația de schimb. Această tehnologie are una dintre cele mai mari valori COP, dar are o serie de caracteristici care îi limitează utilizarea.

Printre ei:

  • Lipsa apei subterane sau nivelul scăzut al apariției acesteia;
  • Lipsa fluxului constant al puțului, scăderea nivelurilor statice și dinamice;
  • Necesitatea de a lua în considerare compoziția sării și contaminarea (dacă calitatea apei nu este adecvată, schimbătorul de căldură se înfunda și indicatorii de performanță scad)
  • Necesitatea instalării unui puț de drenaj pentru a evacua cantități semnificative de apă uzată (de la 2200 l/h sau mai mult)

După cum arată practica, instalarea unor astfel de sisteme este recomandabilă dacă există un iaz sau un râu în imediata apropiere. Apa uzată poate fi folosită și în scopuri economice și industriale, de exemplu, pentru irigare, sau pentru organizarea de rezervoare artificiale.

În ceea ce privește calitatea apei de admisie, de exemplu, un producător german de sisteme alternative de încălzire Stiebel Eltron recomandă următoarele setări: proporția totală de fier și magneziu nu este mai mare de 0,5 mg/l, conținutul de clorură este mai mic de 300 mg/l, absența substanțelor precipitate. Dacă acești parametri sunt depășiți, este necesară instalarea unui sistem suplimentar de purificare - o stație de pregătire și desalinizare, care crește consumul de material al proiectului.

Lucrări de foraj pentru o pompă de căldură.

Pe baza experienței în instalarea și exploatarea unităților geotermale, recomandăm forarea puțurilor de cel puțin 100 m. Practica arată că se vor observa performanțe și stabilitate mai bune a unui motor termic, de exemplu, pentru două puțuri de 150 m fiecare decât pentru trei puțuri de 100 m fiecare. Desigur, construcția unor astfel de mine necesită echipamente speciale și o metodă de foraj rotativ. Instalațiile cu melc de dimensiuni mici nu sunt capabile să asigure lungimea necesară a puțurilor.

Deoarece circuitul geotermal este cea mai importantă componentă, iar corectitudinea amenajării sale este cheia pentru funcționarea cu succes a întregului sistem, antreprenorul de foraj trebuie să îndeplinească o serie de criterii:

  • Este necesar sa ai experienta in producerea acestui tip de serviciu;
  • au un instrument special pentru scufundarea sondelor;
  • să ofere garanția că sonda va fi scufundată la adâncimea proiectată și să garanteze integritatea și etanșeitatea acesteia în timpul procesului de lucru;
  • după scufundare, efectuați măsuri de astupare a puțului pentru a crește transferul de căldură și productivitatea acestuia, calafateați puțul minei înainte de umplere.

În general, cu un design adecvat și o instalare calificată, sondele geotermale sunt foarte fiabile și pot dura până la 100 de ani.

Procesul de coborâre a unei sonde geotermale într-un puț forat:


Sondă geotermală pe cadru, înainte de a efectua un test de scurgere („testare de presiune”):


concluzii

Pe baza experienței noastre în proiectarea sistemelor de energie alternativă, putem evidenția principalele fapte care sunt fundamentale atunci când clienții noștri aleg pompe de căldură:

  • deplin siguranța și respectarea mediului(fără procese de ardere sau piese mobile)
  • posibilitatea de a comanda sistemul „azi” și de a-l folosi în trei săptămâni fără nicio coordonare cu autoritățile de reglementare și de acordare a licențelor.
  • Autonomie deplină și întreținere minimă(nu este nevoie să fii membru al unei cooperative de gaze, să depinzi de ea; nu este nevoie să arunci lemne de foc sau să faci curățenie lunară a conductelor de aer, să organizezi accesul unei cisterne de combustibil etc.)
  • Costul unui teren pentru construirea unei case individuale fără alimentare cu gaz este mult mai mic, iar perioada de livrare nu depinde de serviciile de gaz
  • Oportunitate control de la distanță prin internet
  • Echipamente avansate și inovatoare de design elegant, care nu este o rușine de arătat prietenilor și cunoștințelor, ceea ce subliniază cu siguranță statutul proprietarului casei.

Dacă nu am atins nicio întrebare în acest articol și doriți să le adresați personal, puteți veni la biroul nostru la adresa: Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC și consultați-vă cu inginerii noștri.

Avem, de asemenea, posibilitatea de a organiza vizite gratuite la unitățile operaționale deja finalizate.

Număr de telefon de contact: 044 765 29 58; 017 399 70 51

Situația este astfel încât cea mai populară modalitate de a încălzi o locuință în acest moment este utilizarea cazanelor de încălzire - pe gaz, combustibil solid, motorină și mult mai rar - electrice. Dar sisteme atât de simple și în același timp de înaltă tehnologie precum pompele de căldură nu s-au răspândit și din motive întemeiate. Pentru cei care iubesc și știu să calculeze totul în avans, avantajele lor sunt evidente. Pompele de căldură pentru încălzire nu ard rezerve de neînlocuit de resurse naturale, ceea ce este extrem de important nu numai din punctul de vedere al protecției mediului, dar vă permite și să economisiți energie, deoarece devin mai scumpe în fiecare an. În plus, cu ajutorul pompelor de căldură nu numai că poți încălzi camera, dar și apă caldă pentru nevoile casnice și climatizarea încăperii în căldura verii.

Principiul de funcționare al pompei de căldură

Să aruncăm o privire mai atentă asupra principiului de funcționare a unei pompe de căldură. Amintiți-vă cum funcționează un frigider. Căldura produselor introduse în el este pompată și aruncată pe radiatorul situat pe peretele din spate. Puteți verifica cu ușurință acest lucru atingând-o. Principiul aparatelor de aer condiționat de uz casnic este aproximativ același: ele pompează căldură din cameră și o aruncă pe un radiator situat pe peretele exterior al clădirii.

Funcționarea unei pompe de căldură, frigider și aer condiționat se bazează pe ciclul Carnot.

  1. Lichidul de răcire, care se deplasează de-a lungul unei surse de căldură la temperatură scăzută, de exemplu, solul, se încălzește cu câteva grade.
  2. Apoi intră într-un schimbător de căldură numit evaporator. În evaporator, lichidul de răcire eliberează căldura acumulată agentului frigorific. Agent frigorific este un lichid special care se transformă în abur la temperaturi scăzute.
  3. Preluând temperatura din lichidul de răcire, agentul frigorific încălzit se transformă în abur și intră în compresor. Compresorul comprimă agentul frigorific, adică. o creștere a presiunii sale, datorită căreia îi crește și temperatura.
  4. Agentul frigorific fierbinte, comprimat, intră într-un alt schimbător de căldură numit condensator. Aici agentul frigorific își transferă căldura către un alt lichid de răcire, care este prevăzut în sistemul de încălzire al casei (apă, antigel, aer). Acest lucru răcește agentul frigorific și îl transformă înapoi în lichid.
  5. Apoi, agentul frigorific intră în evaporator, unde este încălzit de o nouă porțiune de lichid de răcire încălzit, iar ciclul se repetă.

Pompa de căldură necesită energie electrică pentru a funcționa. Dar este totuși mult mai profitabil decât folosirea doar a unui încălzitor electric. Deoarece un cazan electric sau un încălzitor electric cheltuiește exact aceeași cantitate de energie electrică pe care produce căldură. De exemplu, dacă un încălzitor are o putere nominală de 2 kW, atunci cheltuiește 2 kW pe oră și produce 2 kW de căldură. O pompă de căldură produce de 3 până la 7 ori mai multă căldură decât consumă electricitate. De exemplu, se utilizează 5,5 kW/oră pentru a funcționa compresorul și pompa, iar căldura produsă este de 17 kW/oră. Această eficiență ridicată este principalul avantaj al unei pompe de căldură.

Avantajele și dezavantajele sistemului de încălzire cu pompă de căldură

Există multe legende și concepții greșite în jurul pompelor de căldură, în ciuda faptului că acestea nu sunt o invenție atât de inovatoare sau de înaltă tehnologie. Toate statele „calde” din SUA, aproape toată Europa și Japonia, unde tehnologia a fost elaborată aproape la perfecțiune de mult timp, sunt încălzite cu ajutorul pompelor de căldură. Apropo, nu ar trebui să credeți că un astfel de echipament este o tehnologie pur străină și a venit la noi destul de recent. La urma urmei, în URSS, astfel de unități au fost folosite la instalații experimentale. Un exemplu în acest sens este sanatoriul Druzhba din orașul Yalta. Pe lângă arhitectura futuristă, care amintește de o „colibă ​​pe pulpe de pui”, acest sanatoriu este renumit și pentru faptul că încă din anii 80 ai secolului XX a folosit pompe de căldură industriale pentru încălzire. Sursa de căldură este marea din apropiere, iar stația de pompare în sine nu numai că încălzește toate spațiile sanatoriului, ci oferă și apă caldă, încălzește apa din piscină și o răcește în timpul sezonului cald. Așa că haideți să încercăm să risipim miturile și să stabilim dacă are sens să vă încălziți casa în acest fel.

Avantajele sistemelor de încălzire cu pompă de căldură:

  • Economii de energie.În legătură cu creșterea prețurilor la gaz și motorină, acesta este un avantaj foarte relevant. În rubrica „cheltuieli lunare” va apărea doar energie electrică, care, așa cum am scris deja, necesită mult mai puțin decât căldura produsă efectiv. Când achiziționați o unitate, trebuie să acordați atenție unui astfel de parametru precum coeficientul de transformare a căldurii „ϕ” (poate fi numit și coeficient de conversie a căldurii, putere sau coeficient de transformare a temperaturii). Acesta arată raportul dintre cantitatea de căldură ieșită și energia cheltuită. De exemplu, dacă ϕ=4, atunci la un consum de 1 kW/oră vom primi 4 kW/oră de energie termică.
  • Economii de întreținere. Pompa de căldură nu necesită nici un tratament special. Costurile sale de întreținere sunt minime.
  • Poate fi instalat în orice locație. Sursele de căldură la temperatură scăzută pentru funcționarea unei pompe de căldură pot fi solul, apa sau aerul. Oriunde ați construi o casă, chiar și într-o zonă stâncoasă, va exista întotdeauna o oportunitate de a găsi „hrană” pentru unitate. În zonele îndepărtate de conducta de gaz, acesta este unul dintre cele mai optime sisteme de încălzire. Și chiar și în regiunile fără linii electrice, puteți instala un motor pe benzină sau diesel pentru a asigura funcționarea compresorului.
  • Nu este nevoie să monitorizați funcționarea pompei, adăugați combustibil, așa cum este cazul unui cazan cu combustibil solid sau motorină. Întregul sistem de încălzire cu pompă de căldură este automatizat.
  • Poți să pleci mult timpși să nu vă fie teamă că sistemul va îngheța. În același timp, puteți economisi bani instalând pompa pentru a asigura o temperatură de +10 °C în sufragerie.
  • Sigur pentru mediu. Spre comparație, la utilizarea cazanelor tradiționale care ard combustibil, se formează întotdeauna diverși oxizi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, ca urmare, acizii fosforici, azotași, sulfuric și compuși benzoici se depun în jurul casei pe sol. Când pompa de căldură funcționează, nu se emite nimic. Și agenții frigorifici utilizați în sistem sunt absolut siguri.
  • Se mai poate remarca aici conservarea resurselor naturale de neînlocuit ale planetei.
  • Siguranta pentru oameni si bunuri. Nimic dintr-o pompă de căldură nu devine suficient de fierbinte pentru a provoca supraîncălzire sau explozie. În plus, pur și simplu nu există nimic care să explodeze în ea. Deci poate fi clasificată ca o unitate complet ignifugă.
  • Pompele de căldură funcționează cu succes chiar și la o temperatură ambientală de -15 °C. Deci, dacă cineva crede că un astfel de sistem poate încălzi o casă doar în regiunile cu ierni calde de până la +5 °C, atunci se înșală.
  • Reversibilitatea pompei de căldură. Un avantaj incontestabil este versatilitatea instalației, cu care poți încălzi iarna și răcori vara. În zilele caniculare, pompa de căldură preia căldură din cameră și o trimite la sol pentru depozitare, de unde va fi preluată iarna. Vă rugăm să rețineți că nu toate pompele de căldură au capacitate inversă, ci doar unele modele.
  • Durabilitate. Cu o îngrijire adecvată, pompele de căldură dintr-un sistem de încălzire pot dura de la 25 la 50 de ani fără reparații majore și doar o dată la 15 până la 20 de ani va trebui înlocuit compresorul.

Dezavantajele sistemelor de încălzire cu pompă de căldură:

  • Investiție inițială mare. Pe lângă faptul că prețurile pentru pompele de căldură pentru încălzire sunt destul de mari (de la 3.000 la 10.000 USD), va trebui să cheltuiți nu mai puțin pentru instalarea unui sistem geotermal decât pentru pompa în sine. O excepție este pompa de căldură cu sursă de aer, care nu necesită lucrări suplimentare. Pompa de căldură nu se va amortiza în curând (în 5 - 10 ani). Deci, răspunsul la întrebarea dacă să folosiți sau nu o pompă de căldură pentru încălzire depinde mai degrabă de preferințele proprietarului, de capacitățile sale financiare și de condițiile de construcție. De exemplu, într-o regiune în care furnizarea unei rețele de gaz și conectarea la aceasta costă la fel ca o pompă de căldură, este logic să se acorde preferință acesteia din urmă.

  • În regiunile în care temperaturile de iarnă scad sub -15 °C, trebuie utilizată o sursă suplimentară de căldură. Se numeste sistem de încălzire bivalent, în care pompa de căldură oferă căldură în timp ce strada este coborâtă la -20 ° C, iar când nu poate face față, de exemplu, este conectat un încălzitor electric sau un cazan pe gaz sau un generator de căldură.

  • Cel mai indicat este să folosiți o pompă de căldură în sistemele cu lichid de răcire la temperatură joasă, ca sistem „pardoseală caldă”.(+35 °C) și unități ventiloconvectoare(+35 - +45 °C). Unitati ventiloconvector Sunt un ventilator convector în care căldura/frigul este transferată din apă în aer. Pentru a instala un astfel de sistem într-o casă veche, va fi necesară o reamenajare și o reconstrucție completă, ceea ce va implica costuri suplimentare. Acest lucru nu este un dezavantaj atunci când construiești o casă nouă.
  • Ecologia pompelor de căldură, luând căldură din apă și sol, oarecum relativă. Faptul este că în timpul funcționării, spațiul din jurul țevilor de răcire se răcește, iar acest lucru perturbă ecosistemul stabilit. La urma urmei, chiar și în adâncurile solului, microorganismele anaerobe trăiesc, asigurând funcțiile vitale ale sistemelor mai complexe. Pe de altă parte, în comparație cu producția de gaz sau petrol, daunele de la o pompă de căldură sunt minime.

Surse de căldură pentru funcționarea pompei de căldură

Pompele de căldură preiau căldură din acele surse naturale care acumulează radiația solară în perioada caldă. Pompele de căldură variază în funcție de sursa de căldură.

Amorsare

Solul este cea mai stabilă sursă de căldură care se acumulează pe parcursul sezonului. La o adâncime de 5 - 7 m, temperatura solului este aproape întotdeauna constantă și egală cu aproximativ +5 - +8 ° C, iar la o adâncime de 10 m este întotdeauna constantă +10 ° C. Există două moduri de a colecta căldură din sol.

Colector de pământ orizontal Este o conductă așezată orizontal prin care circulă lichidul de răcire. Adâncimea colectorului orizontal se calculează individual în funcție de condiții, uneori este de 1,5 - 1,7 m - adâncimea înghețului solului, alteori mai mică - 2 - 3 m pentru a asigura o stabilitate mai mare a temperaturii și o diferență mai mică, iar uneori doar 1 - 1,2 m - aici solul începe să se încălzească mai repede primăvara. Există cazuri când este instalat un colector orizontal cu două straturi.

Conductele colectoare orizontale pot avea diferite diametre: 25 mm, 32 mm si 40 mm. Forma aspectului lor poate fi, de asemenea, diferită - șarpe, buclă, zig-zag, diverse spirale. Distanța dintre țevile din șarpe trebuie să fie de cel puțin 0,6 m și este de obicei de 0,8 - 1 m.

Eliminarea căldurii specifice pe metru liniar de conductă depinde de structura solului:

  • Nisip uscat - 10 W/m;
  • Argila uscata - 20 W/m;
  • Argila este mai umedă - 25 W/m;
  • Argila cu un continut foarte mare de apa - 35 W/m.

Pentru a încălzi o casă cu o suprafață de 100 m2, cu condiția ca solul să fie argilos umed, veți avea nevoie de 400 m2 de suprafață de teren pentru colector. Aceasta este destul de mult - 4 - 5 acri. Și ținând cont de faptul că nu ar trebui să existe clădiri pe acest site și sunt permise doar un gazon și paturi de flori cu flori anuale, nu toată lumea își poate permite să echipeze un colector orizontal.

Un lichid special curge prin conductele colectoare, se mai numește "saramură" sau antigel, de exemplu, o soluţie 30% de etilen glicol sau propilenglicol. „Saramura” colectează căldura din sol și este trimisă la pompa de căldură, unde o transferă agentului frigorific. „Saramura” răcită curge din nou în colectorul de pământ.

Sondă de sol verticală este un sistem de țevi îngropate până la 50 - 150 m. Aceasta poate fi doar o țeavă în formă de U, coborâtă la o adâncime mai mare de 80 - 100 m și umplută cu mortar de beton. Sau poate un sistem de țevi în formă de U coborât 20 m pentru a colecta energie dintr-o zonă mai mare. Efectuarea lucrărilor de foraj la o adâncime de 100 - 150 m nu este doar costisitoare, ci necesită și obținerea unui permis special, motiv pentru care recurg adesea la viclenie și echipează mai multe sonde de mică adâncime. Distanța dintre astfel de sonde este de 5 - 7 m.

Eliminarea căldurii specifice de la un colector vertical depinde și de rocă:

  • Roci sedimentare uscate - 20 W/m;
  • Roci sedimentare saturate cu apă și sol stâncos - 50 W/m;
  • Sol stâncos cu coeficient ridicat de conductivitate termică - 70 W/m;
  • Apa subterana (apa subterana) - 80 W/m.

Suprafața necesară unui colector vertical este foarte mică, dar costul instalării acestora este mai mare decât cel al unui colector orizontal. Avantajul unui colector vertical este, de asemenea, o temperatură mai stabilă și o îndepărtare mai mare a căldurii.

Apă

Apa poate fi folosită ca sursă de căldură în diferite moduri.

Colector în partea de jos a unui rezervor deschis, care nu îngheață- râuri, lacuri, mări - reprezintă țevi cu „saramură”, scufundate cu ajutorul unei greutăți. Datorită temperaturii ridicate a lichidului de răcire, această metodă este cea mai profitabilă și mai economică. Numai cei de la care rezervorul se află la cel mult 50 m pot instala un colector de apă, în caz contrar se pierde eficiența instalației. După cum înțelegeți, nu toată lumea are astfel de condiții. Dar a nu folosi pompe de căldură pentru locuitorii de pe coastă este pur și simplu miop și stupid.

Colector în canalizare sau apele uzate din instalațiile tehnice pot fi folosite pentru încălzirea caselor și chiar a clădirilor înalte și a întreprinderilor industriale din raza orașului, precum și pentru prepararea apei calde. Ce se face cu succes în unele orașe din Patria noastră.

Fântână sau apă subterană folosit mai rar decât alți colecționari. Un astfel de sistem presupune construirea a două puțuri, dintr-una este prelevată apa, care își transferă căldura agentului frigorific din pompa de căldură, iar apa răcită este evacuată în a doua. În loc de un puț, poate exista un puț de filtrare. În orice caz, puțul de evacuare ar trebui să fie situat la o distanță de 15 - 20 m de primul și chiar în aval (apele subterane au, de asemenea, propriul debit). Acest sistem este destul de dificil de operat, deoarece calitatea apei care intră trebuie monitorizată - filtrată și protejată de coroziune și contaminare a pieselor pompei de căldură (evaporator).

Aer

Cel mai simplu design este sistem de incalzire cu pompa de caldura sursa de aer. Nu este nevoie de colector suplimentar. Aerul din mediu intră direct în evaporator, unde își transferă căldura agentului frigorific, care la rândul său transferă căldura lichidului de răcire din interiorul casei. Acesta ar putea fi aer pentru ventiloconvector sau apă pentru încălzire prin pardoseală și calorifere.

Costurile de instalare ale unei pompe de căldură cu sursă de aer sunt minime, dar performanța instalației depinde foarte mult de temperatura aerului. În regiunile cu ierni calde (până la +5 - 0 °C) aceasta este una dintre cele mai economice surse de căldură. Dar dacă temperatura aerului scade sub -15 °C, performanța scade atât de mult încât nu are sens să folosești pompa și este mai profitabil să pornești un încălzitor electric convențional sau un cazan.

Recenziile despre pompele de căldură cu sursă de aer pentru încălzire sunt foarte contradictorii. Totul depinde de regiunea de utilizare a acestora. Ele sunt avantajoase de utilizat în regiunile cu ierni calde, de exemplu, în Soci, unde nu este nevoie de o sursă de căldură de rezervă în caz de înghețuri severe. De asemenea, este posibil să se instaleze pompe de căldură cu sursă de aer în regiunile în care aerul este relativ uscat și temperatura în timpul iernii este de până la -15 °C. Dar în climatele umede și reci, astfel de instalații suferă de îngheț și îngheț. Iciclurile care se lipesc de ventilator împiedică întregul sistem să funcționeze corect.

Încălzirea cu pompă de căldură: costul sistemului și costurile de funcționare

Puterea pompei de căldură este selectată în funcție de funcțiile care îi vor fi alocate. Dacă numai încălzire, atunci calculele pot fi făcute într-un calculator special care ia în considerare pierderile de căldură ale clădirii. Apropo, cea mai bună performanță a unei pompe de căldură este atunci când pierderea de căldură a clădirii nu depășește 80 - 100 W/m2. Pentru simplitate, presupunem că pentru a încălzi o casă de 100 m2 cu tavane de 3 m înălțime și pierderi de căldură de 60 W/m2 este nevoie de o pompă cu o putere de 10 kW. Pentru a încălzi apa, va trebui să luați o unitate cu rezervă de putere - 12 sau 16 kW.

Costul pompei de căldură depinde nu numai de putere, ci și de fiabilitate și de cerințele producătorului. De exemplu, o unitate de 16 kW fabricată în Rusia va costa 7.000 USD, iar o pompă străină RFM 17 cu o putere de 17 kW costă aproximativ 13.200 USD. cu toate echipamentele asociate, cu excepția colectorului.

Următoarea linie de cheltuieli va fi aranjarea rezervorului. Depinde si de puterea instalatiei. De exemplu, pentru o casă de 100 m2, în care peste tot sunt instalate pardoseli încălzite (100 m2) sau radiatoare de încălzire de 80 m2, precum și pentru a încălzi apa la +40 °C cu un volum de 150 l/oră, trebuie să forați puțuri pentru colectori. Un astfel de colector vertical va costa 13.000 USD.

Un colector în partea de jos a unui rezervor va costa puțin mai puțin. În aceleași condiții, va costa 11.000 USD. Dar este mai bine să verificați costul instalării unui sistem geotermal cu companii specializate; acesta poate varia foarte mult. De exemplu, instalarea unui colector orizontal pentru o pompă de 17 kW va costa doar 2500 USD. Iar pentru o pompă de căldură cu sursă de aer, un colector nu este deloc necesar.

În total, costul pompei de căldură este de 8000 USD. În medie, construcția unui colector este de 6000 USD. in medie.

Costul lunar al incalzirii cu pompa de caldura include doar costurile cu electricitatea. Ele pot fi calculate după cum urmează: consumul de energie trebuie să fie indicat pe pompă. De exemplu, pentru pompa de 17 kW menționată mai sus, consumul de energie este de 5,5 kW/h. În total, sistemul de încălzire funcționează 225 de zile pe an, adică. 5400 ore. Ținând cont de faptul că pompa de căldură și compresorul din ea funcționează ciclic, consumul de energie trebuie redus la jumătate. În timpul sezonului de încălzire se vor cheltui 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW.

Înmulțim numărul de kW cheltuiți cu costul energiei în regiunea dumneavoastră. De exemplu, 0,05 USD pentru 1 kW/oră. În total, vor fi cheltuiți 742,5 USD pe an. Pentru fiecare lună în care pompa de căldură a funcționat pentru încălzire, costă 100 USD. costurile cu electricitatea. Dacă împărțiți cheltuielile la 12 luni, atunci primiți 60 USD pe lună.

Vă rugăm să rețineți că, cu cât consumul de energie al pompei de căldură este mai mic, cu atât costurile lunare sunt mai mici. De exemplu, există pompe de 17 kW care consumă doar 10.000 kW pe an (costă 500 cu). De asemenea, este important ca performanța unei pompe de căldură să fie mai mare, cu cât diferența de temperatură dintre sursa de căldură și lichidul de răcire din sistemul de încălzire este mai mică. De aceea ei spun că este mai rentabil să instalați podele calde și ventiloconvector. Deși pot fi instalate și radiatoare de încălzire standard cu lichid de răcire la temperatură înaltă (+65 - +95 °C), dar cu un acumulator de căldură suplimentar, de exemplu, un cazan de încălzire indirectă. Un cazan este, de asemenea, utilizat pentru a încălzi suplimentar apa caldă.

Pompele de căldură sunt avantajoase atunci când sunt utilizate în sisteme bivalente. Pe lângă pompă, puteți instala un colector solar, care poate alimenta pompa cu energie electrică complet vara, când funcționează pentru răcire. Pentru asigurarea de iarnă, puteți adăuga un generator de căldură care va încălzi apa pentru alimentarea cu apă caldă și calorifere de înaltă temperatură.