Fűtési hőszivattyú: működési elv és felhasználási előnyök. Hogyan válasszuk ki a megfelelő hőszivattyút? Hőszivattyú működtetése ház fűtésére

A hőszivattyú egy olyan berendezés, amely télen fűtést, nyáron hűtést és egész évben melegvíz előállítását tudja biztosítani otthonának.

A hőszivattyú megújuló forrásokból – felmelegített levegőből, földből, kőzetből vagy vízből – származó energiát használ fel hőenergia előállítására. Ezt az átalakítást speciális anyagok segítségével hajtják végre -.

A hőszivattyú működési elve

Szerkezetileg minden hőszivattyú két részből áll: egy külső részből, amely megújuló forrásokból „veszi el” a hőt, és egy belsőből, amely ezt a hőt továbbítja otthona fűtési vagy légkondicionáló rendszerének. A modern hőszivattyúk nagy energiahatékonyságúak, ami a gyakorlatban a következőket jelenti - a fogyasztó, i.e. Egy hőszivattyút használó háztulajdonos átlagosan annak a pénzének csak a negyedét költi el, amelyet otthona fűtésére vagy hűtésére költene, mintha nem lenne hőszivattyúja.

Más szóval, egy hőszivattyús rendszerben a hasznos hő (vagy hideg) 75%-át ingyenes forrásból biztosítják - a föld hőjéből, a talajvízből vagy a helyiségben felmelegített és a szabadba távozó használt levegőből.

Nézzük meg, hogyan működik a hétköznapok talán legnépszerűbb hőszivattyúja, amely a föld hőjével működik. A hőszivattyú több ciklusban működik.

1. ciklus, bepárlás

A „földi” hőszivattyú külső része egy bizonyos mélységig földbe ásott, zárt csőrendszer, ahol a hőmérséklet egész évben stabil és 7-12°C. Elegendő mennyiségű földenergia „összegyűjtéséhez” szükséges, hogy a föld alatti csőrendszer által elfoglalt teljes terület 1,5-2-szer nagyobb legyen, mint a ház teljes fűtött területe. Ezek a csövek hűtőközeggel vannak feltöltve, amelyet a talaj hőmérsékletére melegítenek.

A hűtőközeg forráspontja nagyon alacsony, így már talajhőmérsékleten is gáz halmazállapotú állapotba kerülhet. Ez a gáz ezután belép.

2. ciklus, tömörítés

Ez a kompresszor fogyasztja el a hőszivattyú működéséhez szükséges összes energiát, de például a fűtéssel összehasonlítva ezek a költségek észrevehetően alacsonyabbak. Később visszatérünk a költségek összehasonlítására.

Tehát a kompresszorkamrában lévő földalatti csövekből 7-12 ° C-ra melegített gáznemű hűtőközeg erősen összenyomódik, ami éles felmelegedéshez vezet. Ennek megértéséhez gondoljon csak arra, mennyire felforrósodik egy hagyományos kerékpárszivattyú, amikor felfújja a gumikat. Az elv ugyanaz.

Megjegyzés a tulajdonosnak

„A hőszivattyú modern fűtés. De a hőszivattyúk tényleges hatásfoka a hőmérsékleti viszonyoktól függ, pl. hideg napokon hatékonyságuk csökken. Körülbelül 150% -20 °C-os hőmérsékleten, és körülbelül 300% +7 °C-os forráshőmérsékleten."

3. ciklus, kondenzáció

A kompressziós ciklus után nagy nyomású forró gőzt kaptunk, amelyet a hőszivattyú belső, „otthoni” részébe juttatunk. Most ez a gáz használható légfűtési rendszerhez vagy vízmelegítéshez vízmelegítő és melegvíz-ellátó rendszerben. Ez a forró gőz a "" rendszerrel is használható.

A hőt a fűtési rendszerbe engedve a forró gáz lehűl, lecsapódik és folyadékká alakul.

4. ciklus, bővítés

Ez a folyadék belép az expanziós szelepbe, ahol a nyomása csökken. Az alacsony nyomású folyékony hűtőközeget most ismét a föld alá küldik, hogy talajhőmérsékletre melegedjenek. És minden ciklus megismétlődik.

A hőszivattyúk hatékonysága

A hőszivattyú által a kompresszorának működtetéséhez felhasznált minden 1 kW villamos energia átlagosan körülbelül 4 kW hasznos hőenergia keletkezik. Ez 300%-os hatékonyságnak felel meg.

A hőszivattyús fűtés összehasonlítása más módszerekkel.

Az adatokat az Európai Hőszivattyú Szövetség (EHPA) szolgáltatta

Fűtés típusa	Energiahatékonyság, %

Kérjük, vegye figyelembe, hogy a hőszivattyú hatásfoka az egység működési körülményeitől függően változik. Tehát ha talajhőszivattyút használ és agyagos talaj van az ingatlanán, akkor a hőszivattyú hatásfoka körülbelül kétszer olyan magas lesz, mintha a hőszivattyú csövei homokos talajban lennének.

Emlékeztetni kell arra is, hogy a föld alatti részt a talaj fagyáspontja alá kell fektetni. Ellenkező esetben a hőszivattyú egyáltalán nem fog működni.

A hőszivattyúk tényleges hatásfoka a hőmérsékleti viszonyoktól függ, pl. hideg napokon hatékonyságuk csökken. -20 °C hőmérsékleten körülbelül 150%, +7 °C-os forráshőmérsékleten körülbelül 300%. A technológia azonban nem áll meg – a modern modellek energiahatékonyabbak, és ez a tendencia folytatódik.

Hőszivattyúk otthoni hűtéshez

Működési elvét tekintve a hőszivattyú a ill. Ezért nyáron nem a ház fűtésére, hanem hűtésére vagy légkondicionálására használható. Emlékezzünk arra, hogy ha „földes” hőszivattyúról beszélünk, akkor a talaj hőmérséklete egész évben 7-12°C között stabil. Hőszivattyú segítségével pedig átvihető a ház helyiségeibe.

A hőszivattyús hűtőrendszer működési elve hasonló a fűtési rendszerhez, csak radiátorok helyett alkalmazzák. Passzív hűtésnél a hűtőfolyadék egyszerűen kering a fan coilok és a kút között, azaz. a kút hidege közvetlenül a légkondicionáló rendszerbe kerül, de maga a kompresszor nem működik. Ha a passzív hűtés nem elegendő, bekapcsol a hőszivattyú kompresszora, amely a hűtőfolyadékot is hűti.

A hőszivattyúk típusai

A háztartási hőszivattyúknak 3 fő típusa van, amelyek a külső hőforrásban különböznek egymástól:

• „föld” vagy „talaj-víz”, „talaj-levegő”;
• „víz” vagy „víz-víz”, „víz-levegő”;
• "levegő" vagy "levegő-víz", "levegő-levegő".

Talajhőszivattyúk

A legnépszerűbbek a föld hőjét hasznosító hőszivattyúk. Fentebb már volt szó róluk. Ezek a leghatékonyabbak, de a legdrágábbak is az összes típus közül. A föld alá menő csövek függőlegesen vagy vízszintesen is elhelyezhetők. Ennek függvényében a „földi” hőszivattyúk fel vannak osztva függőlegesÉs vízszintes.

Függőleges hőszivattyúk megköveteli a csövek merítését, amelyeken keresztül a hűtőközeg jelentős mélységig kering: 50-200 m Igaz, van alternatíva - nem egy ilyen kutat készíteni, hanem több, de kisebbet. Az ilyen kutak közötti távolságnak legalább 10 m-nek kell lennie. A fúrási mélység kiszámításához hozzávetőlegesen megbecsülheti, hogy egy 10 kW-os hőszivattyúhoz körülbelül 170 m teljes mélységű kutakra van szükség (egy vagy több). hogy felesleges nagyon sekély - 50 m-nél kisebb - kutakat fúrni.

Nál nél vízszintes fektetés nincs szükség drága nagy mélységű fúrásra. A csővezetékek lefektetésének mélysége ezzel a módszerrel körülbelül 1 m, a telepítési régiótól függően ez az érték csökkenhet vagy nőhet. Ezzel a módszerrel a hűtőközeggel ellátott csövet úgy helyezik el, hogy a szomszédos szakaszok távolsága legalább másfél méter legyen, különben a hőgyűjtés nem hatékony.

Megjegyzés a tulajdonosnak

„Ha mérsékelt éghajlati övezetben él – például északnyugaton –, akkor a leghatékonyabb megoldás egy olyan hőszivattyú, amely a föld hőjét használja fel. Sőt, jobb a hőszivattyú függőleges változatát telepíteni – különösen, ha a ház sziklás sziklákon található.”

Egy 10 kW-os hőszivattyú telepítéséhez körülbelül 350-450 m teljes hosszúságú földbe fektetett csőre van szükség. Ha figyelembe vesszük a különböző területek egymáshoz való közelségével kapcsolatos megszorításokat, akkor egy olyan telekre lesz szükségünk, mérete 20 x 20 méter. Nagy kérdés, hogy elérhető-e ilyen ingyenes telek.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő hőszivattyút

Ha mérsékelt éghajlati övezetben él - például északnyugaton -, akkor a leghatékonyabb megoldás egy olyan hőszivattyú, amely a föld hőjét használja fel. Sőt, jobb a hőszivattyú függőleges változatát telepíteni - különösen, ha háza sziklás sziklákon található, ahol problémás egy szabad hatalmas földterület megtalálása. De ez a fajta hőszivattyú a legdrágább a tőkeköltség szempontjából.

Egy enyhe éghajlatú területen - például Szocsiban - telepíthet levegő-víz hőszivattyút, amely nem igényel túlzott tőkeköltséget, és különösen hatékony azokon a területeken, ahol a szezonális hőmérséklet-ingadozások viszonylag kicsik.

A működési elvtől függően vannak olyanok is. Az elektromos árammal működő modellek népszerűbbek.

Még egy fontos megjegyzés. Jó ötlet a kombinált hőszivattyús modellek, amelyek a hőszivattyú klasszikus változatát kombinálják gáz- vagy elektromos fűtőberendezéssel. Az ilyen fűtőtestek kedvezőtlen időjárási körülmények között használhatók, amikor a hőszivattyú hatásfoka csökken. Mint már említettük, a levegő-víz és levegő-levegő hőszivattyúkra különösen alacsony hatásfok jellemző.

E két hőforrás kombinációja lehetővé teszi a beruházási költségek csökkentését és a hőszivattyú telepítésének megtérülési idejének növelését.

A hőszivattyúk előnyei és hátrányai

A hőszivattyúk fő előnye az alacsony üzemeltetési költségük. Azok. Az előállított hő vagy hűtés költsége a végfelhasználó számára a legalacsonyabb más fűtési/légkondicionálási módokhoz képest. Ráadásul a hőszivattyús rendszer gyakorlatilag biztonságos az otthon számára. Következésképpen a helyiségek szellőzőrendszereivel szemben támasztott követelmények leegyszerűsödnek és a tűzbiztonsági szint emelkedik. Ami ezen rendszerek telepítési költségeire is pozitív hatással van.

A hőszivattyúk könnyen használhatóak és nagyon megbízhatóak, emellett gyakorlatilag hangtalanok.

További plusz, hogy a hőszivattyút könnyedén átkapcsolhatja fűtésről hűtésre, ha szükséges. Csak nem csak fűtési rendszerekkel kell rendelkeznie otthon, hanem fan coil egységekkel is.

Mi a hőszivattyú otthonra ✮Hőszivattyúk nagy választéka a webportálon

De vannak hátrányai is, amelyek közül a legfontosabb a fő előny másik oldala - a telepítésük tőkeköltségei nagyon jelentősek. Egészen a közelmúltig a hőszivattyúk másik hátránya a hűtőfolyadék viszonylag alacsony hőmérséklete volt - nem több, mint 60 C. A legújabb fejlesztések azonban lehetővé tették ennek a hátránynak a kiküszöbölését. Igaz, az ilyen modellek ára magasabb, mint a szabványosoké.

A helyzet olyan, hogy a lakás fűtésének legnépszerűbb módja jelenleg a fűtési kazánok használata - gáz, szilárd tüzelőanyag, dízel és sokkal ritkábban - elektromos. De az ilyen egyszerű és egyben csúcstechnológiás rendszerek, mint a hőszivattyúk, nem terjedtek el széles körben, és jó okkal. Azok számára, akik szeretnek és tudják, hogyan kell mindent előre kiszámítani, előnyeik nyilvánvalóak. A fűtésre szolgáló hőszivattyúk nem égetnek el pótolhatatlan természeti erőforrásokat, ami nemcsak környezetvédelmi szempontból rendkívül fontos, hanem energiamegtakarítást is lehetővé tesz, hiszen évről évre drágulnak. Ráadásul a hőszivattyúk segítségével nem csak a helyiséget fűtheti, hanem a háztartási igényekhez szükséges meleg vizet is melegítheti, a nyári melegben pedig klimatizálhatja a helyiséget.

A hőszivattyú működési elve

Nézzük meg közelebbről a hőszivattyú működési elvét. Ne feledje, hogyan működik a hűtőszekrény. A benne elhelyezett termékek hőjét kiszivattyúzzák és a hátsó falon található radiátorra dobják. Ezt egyszerűen megérintésével ellenőrizheti. A háztartási klímaberendezések elve megközelítőleg ugyanaz: kiszívják a hőt a helyiségből, és az épület külső falán elhelyezett radiátorra dobják.

A hőszivattyú, a hűtőszekrény és a légkondicionáló működése a Carnot cikluson alapul.

1. Az alacsony hőmérsékletű hőforrás, például a talaj mentén mozgó hűtőfolyadék több fokkal felmelegszik.
2. Ezután belép az elpárologtatónak nevezett hőcserélőbe. Az elpárologtatóban a hűtőfolyadék a felgyülemlett hőt a hűtőközegnek engedi át. Hűtőközeg egy speciális folyadék, amely alacsony hőmérsékleten gőzzé alakul.
3. A hűtőközeg hőmérsékletét felvéve a felmelegített hűtőközeg gőzzé alakul, és belép a kompresszorba. A kompresszor összenyomja a hűtőközeget, azaz. nyomásának növekedése, ami miatt a hőmérséklete is megnő.
4. A forró, sűrített hűtőközeg egy másik hőcserélőbe kerül, amelyet kondenzátornak neveznek. Itt a hűtőközeg átadja hőjét egy másik hűtőközegnek, amelyet a ház fűtési rendszerében biztosítanak (víz, fagyálló, levegő). Ez lehűti a hűtőközeget és visszafordítja folyadékká.
5. Ezután a hűtőközeg belép az elpárologtatóba, ahol a felmelegített hűtőfolyadék új része felmelegíti, és a ciklus megismétlődik.

A hőszivattyú működéséhez áramra van szükség. De még mindig sokkal jövedelmezőbb, mint csak elektromos fűtőberendezés használata. Mivel egy elektromos kazán vagy elektromos fűtőtest pontosan ugyanannyi áramot költ, mint amennyi hőt termel. Például, ha egy fűtőberendezés névleges teljesítménye 2 kW, akkor óránként 2 kW-ot költ és 2 kW hőt termel. A hőszivattyú 3-7-szer több hőt termel, mint amennyi áramot fogyaszt. Például a kompresszor és a szivattyú működtetéséhez 5,5 kW/óra, a termelt hő pedig 17 kW/óra. Ez a nagy hatásfok a hőszivattyú fő előnye.

A hőszivattyús fűtési rendszer előnyei és hátrányai

Sok legenda és tévhit kering a hőszivattyúk körül, annak ellenére, hogy nem annyira innovatív vagy high-tech találmány. Az USA minden „meleg” államában, szinte egész Európában és Japánban, ahol a technológia hosszú ideje szinte tökéletesre van kidolgozva, hőszivattyúk segítségével fűtenek. Mellesleg, ne gondolja, hogy az ilyen berendezések tisztán külföldi technológia, és nemrégiben kerültek hozzánk. Végül is a Szovjetunióban az ilyen egységeket kísérleti létesítményekben használták. Példa erre a Druzsba szanatórium Jalta városában. Ez a szanatórium a futurisztikus, „csirkecomb-kunyhóra” emlékeztető építészet mellett arról is híres, hogy a 20. század 80-as évei óta ipari hőszivattyúkat használnak fűtésre. A hőforrás a közeli tenger, és maga a szivattyúállomás nem csak felfűti a szanatórium összes helyiségét, hanem meleg vizet is biztosít, melegíti a medencében lévő vizet és hűti a forró évszakban. Próbáljuk tehát eloszlatni a mítoszokat, és eldönteni, hogy van-e értelme ilyen módon fűteni otthonát.

A hőszivattyús fűtési rendszerek előnyei:

• Energiamegtakarítás. A gáz és a gázolaj árának emelkedése kapcsán ez nagyon lényeges előny. A „havi kiadások” rovatban csak az áram jelenik meg, amihez – mint már írtuk – jóval kevesebb kell, mint a ténylegesen megtermelt hő. Egy egység vásárlásakor figyelni kell egy olyan paraméterre, mint a „ϕ” hőátalakulási együttható (hőátalakítási együtthatónak, teljesítmény- vagy hőmérséklet-átalakítási együtthatónak is nevezhető). Megmutatja a leadott hőmennyiség és a felhasznált energia arányát. Például, ha ϕ=4, akkor 1 kW/óra fogyasztásnál 4 kW/óra hőenergiát kapunk.
• Karbantartási megtakarítás. A hőszivattyú nem igényel különleges kezelést. Fenntartási költségei minimálisak.
• Bármilyen helyre telepíthető. A hőszivattyú működéséhez alacsony hőmérsékletű hőforrás lehet talaj, víz vagy levegő. Bárhol is épít egy házat, még egy sziklás területen is, mindig lesz lehetőség „élelmiszert” találni az egység számára. A gázvezetéktől távolabbi területeken ez az egyik legoptimálisabb fűtési rendszer. És még az elektromos vezeték nélküli régiókban is telepíthet benzin- vagy dízelmotort a kompresszor működésének biztosítására.
• Nincs szükség a szivattyú működésének felügyeletére, adjon hozzá üzemanyagot, mint a szilárd tüzelésű vagy dízel kazán esetében. A teljes fűtési rendszer hőszivattyúval automatizált.
• Hosszú időre el lehet menniés ne félj attól, hogy a rendszer lefagy. Ugyanakkor pénzt takaríthat meg, ha beszereli a szivattyút, amely +10 °C hőmérsékletet biztosít a nappaliban.
• Biztonságos a környezet számára.Összehasonlításképpen, ha hagyományos tüzelőanyagot égető kazánokat használunk, mindig különféle CO, CO2, NOx, SO2, PbO2 oxidok képződnek, ennek eredményeként foszfor-, salétrom-, kénsav és benzoesav vegyületek telepednek meg a ház körül a talajon. Amikor a hőszivattyú működik, nem bocsát ki semmit. A rendszerben használt hűtőközegek pedig teljesen biztonságosak.
• Itt is megjegyezhető a bolygó pótolhatatlan természeti erőforrásainak megőrzése.
• Az emberek és a tulajdon biztonsága. A hőszivattyúban semmi sem melegszik fel annyira, hogy túlmelegedést vagy robbanást okozzon. Ráadásul egyszerűen nincs benne semmi kirobbanni való. Így teljesen tűzálló egységbe sorolható.
• A hőszivattyúk még -15 °C-os környezeti hőmérsékleten is sikeresen működnek. Tehát ha valaki azt gondolja, hogy egy ilyen rendszerrel csak a meleg télű régiókban lehet +5 °C-ig fűteni egy házat, akkor téved.
• A hőszivattyú megfordíthatósága. Tagadhatatlan előnye a beépítés sokoldalúsága, mellyel télen fűthet, nyáron hűthet. Forró napokon a hőszivattyú a helyiségből veszi fel a hőt és a földre küldi tárolásra, ahonnan télen visszaveszi. Kérjük, vegye figyelembe, hogy nem minden hőszivattyú rendelkezik visszafordítási lehetőséggel, hanem csak néhány modell.
• Tartósság. Megfelelő gondossággal a fűtési rendszer hőszivattyúi 25-50 évig is kitartanak nagyobb javítások nélkül, és csak 15-20 évente kell a kompresszort cserélni.

A hőszivattyús fűtési rendszerek hátrányai:

• Nagy kezdeti beruházás. Amellett, hogy a fűtési hőszivattyúk árai meglehetősen magasak (3000 és 10 000 USD között), nem kevesebbet kell költenie a geotermikus rendszer telepítésére, mint magára a szivattyúra. Kivételt képez a levegős hőszivattyú, amely nem igényel további munkát. A hőszivattyú nem térül meg egyhamar (5-10 éven belül). Tehát a válasz arra a kérdésre, hogy használjunk-e hőszivattyút fűtésre vagy sem, inkább a tulajdonos preferenciáitól, anyagi lehetőségeitől és építési körülményeitől függ. Például egy olyan régióban, ahol a gázvezeték ellátása és a rácsatlakozás ugyanannyiba kerül, mint a hőszivattyúé, célszerű az utóbbit előnyben részesíteni.

• Azokban a régiókban, ahol a téli hőmérséklet -15 °C alá esik, kiegészítő hőforrást kell használni. Ez az úgynevezett kétértékű fűtési rendszer, amelyben a hőszivattyú mindaddig szolgáltat hőt, amíg kint -20 °C-ig van, és amikor nem bírja, például elektromos fűtés vagy gázkazán, vagy hőtermelő van csatlakoztatva.

• Leginkább alacsony hőmérsékletű hűtőközeggel működő rendszerekben célszerű hőszivattyút használni, mint például "meleg padló" rendszer(+35 °C) és fan coil egységek(+35 - +45 °C). Fan coil egységek Ezek egy ventilátoros konvektor, amelyben a hő/hideg a vízből a levegőbe kerül. Egy ilyen rendszer telepítéséhez egy régi házban teljes átépítésre és rekonstrukcióra lesz szükség, ami további költségekkel jár. Ez nem hátrány egy új otthon építésénél.
• A hőszivattyúk környezetbarát jellege, hőt vesz fel a vízből és a talajból, kissé relatív. A helyzet az, hogy működés közben a hűtőfolyadék-csövek körüli tér lehűl, és ez megzavarja a kialakult ökoszisztémát. Hiszen még a talaj mélyén is élnek anaerob mikroorganizmusok, biztosítva a bonyolultabb rendszerek létfontosságú tevékenységét. Másrészt a gáz- vagy olajtermeléshez képest a hőszivattyú által okozott kár minimális.

Hőforrások hőszivattyús működéshez

A hőszivattyúk azokból a természetes forrásokból veszik fel a hőt, amelyek a meleg időszakban felhalmozzák a napsugárzást. A hőszivattyúk a hőforrástól függően változnak.

Alapozás

A talaj a legstabilabb hőforrás, amely a szezon során felhalmozódik. 5-7 m mélységben a talajhőmérséklet szinte mindig állandó és körülbelül +5-+8 °C, 10 m mélységben pedig mindig állandó +10 °C. Kétféleképpen lehet hőt gyűjteni a talajból.

Vízszintes talajkollektor Ez egy vízszintesen lefektetett cső, amelyen keresztül a hűtőfolyadék kering. A vízszintes kollektor mélysége a körülményektől függően egyedileg kerül kiszámításra, néha 1,5 - 1,7 m - a talajfagyás mélysége, néha alacsonyabb - 2 - 3 m a nagyobb hőmérsékleti stabilitás és kisebb különbség érdekében, néha pedig csak 1 - 1,2 m - itt a talaj tavasszal gyorsabban kezd felmelegedni. Vannak esetek, amikor kétrétegű vízszintes kollektor kerül beépítésre.

A vízszintes kollektorcsövek különböző átmérőjűek lehetnek: 25 mm, 32 mm és 40 mm. Elrendezésük alakja is eltérő lehet - kígyó, hurok, cikkcakk, különféle spirálok. A kígyóban lévő csövek közötti távolságnak legalább 0,6 m-nek kell lennie, és általában 0,8-1 m.

Fajlagos hőelvonás egy csővezeték méterenként a talaj szerkezetétől függ:

• Száraz homok - 10 W/m;
• Száraz agyag - 20 W/m;
• Az agyag nedvesebb - 25 W/m;
• Nagyon magas víztartalmú agyag - 35 W/m.

Egy 100 m2 alapterületű ház fűtéséhez, feltéve, hogy a talaj nedves agyag, 400 m2 földterületre lesz szüksége a kollektor számára. Ez elég sok - 4-5 hektár. És figyelembe véve azt a tényt, hogy ezen a területen ne legyenek épületek, és csak pázsit és virágágyások engedélyezettek egynyári virágokkal, nem mindenki engedheti meg magának, hogy vízszintes kollektort szereljen fel.

A kollektorcsöveken speciális folyadék áramlik át, más néven "sólé" vagy fagyálló például etilénglikol vagy propilénglikol 30%-os oldata. A „sóoldat” összegyűjti a hőt a talajból, és a hőszivattyúhoz kerül, ahol átadja azt a hűtőközegnek. A lehűtött „sólé” ismét a talajkollektorba folyik.

Függőleges talajszonda egy 50-150 m-ig betemetett csőrendszer Ez lehet egyetlen U-alakú cső, amely 80-100 m-es mélységig süllyeszthető, és betonhabarccsal van megtöltve. Vagy talán egy U-alakú csőrendszer 20 m-rel leeresztett, hogy nagyobb területről gyűjtsön energiát. A 100-150 m mélységű fúrási munkák elvégzése nemcsak költséges, hanem külön engedély beszerzését is igényli, ezért gyakran ravaszságra folyamodnak, és több kis mélységű szondát is felszerelnek. Az ilyen szondák közötti távolság 5-7 m.

Fajlagos hőelvonás függőleges kollektortól is függ a kőzettől:

• Száraz üledékes kőzetek - 20 W/m;
• Vízzel és sziklás talajjal telített üledékes kőzetek - 50 W/m;
• Sziklás talaj magas hővezetési együtthatóval - 70 W/m;
• Földalatti (talajvíz) víz - 80 W/m.

A függőleges kollektor területigénye nagyon kicsi, de beépítésük költsége magasabb, mint a vízszintes kollektoré. A függőleges kollektor előnye a stabilabb hőmérséklet és a nagyobb hőelvonás is.

Víz

A víz többféleképpen használható hőforrásként.

Gyűjtő egy nyitott, nem fagyos tartály alján- folyók, tavak, tengerek - „sóoldattal” ellátott csöveket ábrázol, amelyeket egy súly segítségével merítenek alá. A hűtőfolyadék magas hőmérséklete miatt ez a módszer a legjövedelmezőbb és leggazdaságosabb. Csak azok szerelhetnek be vízgyűjtőt, akiktől a tározó legfeljebb 50 m-re található, ellenkező esetben a beépítés hatékonysága csökken. Mint érti, nem mindenkinek vannak ilyen feltételei. De egyszerűen rövidlátó és hülyeség, ha nem használnak hőszivattyút a part menti lakosok számára.

Gyűjtő a szennyvízcsatornákban vagy a műszaki berendezések szennyvize felhasználható házak, sőt sokemeletes épületek és városon belüli ipari vállalkozások fűtésére, valamint melegvíz készítésére. Amit szülőföldünk egyes városaiban sikeresen csinálnak.

Kút vagy talajvíz ritkábban használják, mint más gyűjtők. Egy ilyen rendszer két kút kiépítésével jár, az egyikből vizet vesznek fel, amely a hőjét a hőszivattyúban lévő hűtőközegnek adja át, a hűtött vizet pedig a másodikba engedik. Kút helyett lehet szűrőkút. Mindenesetre a kifolyó kutat az elsőtől 15-20 m távolságra kell elhelyezni, és akár lefelé is (a talajvíznek is megvan a saját áramlása). Ezt a rendszert meglehetősen nehéz működtetni, mivel a beáramló víz minőségét ellenőrizni kell - szűrni kell, és védeni kell a hőszivattyú alkatrészeit (elpárologtató) a korróziótól és a szennyeződéstől.

Levegő

A legegyszerűbb kialakítás az fűtési rendszer léghőszivattyúval. Nincs szükség további kollektorra. A környezet levegője közvetlenül az elpárologtatóba kerül, ahol átadja hőjét a hűtőközegnek, amely viszont a hőt a házon belüli hűtőközegnek adja át. Ez lehet levegő a fan coil egységekhez vagy víz padlófűtéshez és radiátorokhoz.

A levegős hőszivattyú telepítési költségei minimálisak, de a telepítés teljesítménye nagymértékben függ a levegő hőmérsékletétől. A meleg télű régiókban (+5-0 °C-ig) ez az egyik leggazdaságosabb hőforrás. De ha a levegő hőmérséklete -15 °C alá csökken, a teljesítmény annyira leesik, hogy nincs értelme a szivattyút használni, és jövedelmezőbb egy hagyományos elektromos fűtőtest vagy kazánt bekapcsolni.

A fűtési levegős hőszivattyúkról szóló vélemények nagyon ellentmondásosak. Minden a felhasználási régiótól függ. Előnyösek a meleg télű régiókban, például Szocsiban, ahol nincs szükség tartalék hőforrásra súlyos fagyok esetén. Lehetőség van levegős hőszivattyúk telepítésére olyan régiókban is, ahol a levegő viszonylag száraz, és a hőmérséklet télen -15 °C alá esik. De nedves és hideg éghajlaton az ilyen létesítmények jegesedéstől és fagyástól szenvednek. A ventilátorhoz tapadt jégcsapok megakadályozzák az egész rendszer megfelelő működését.

Fűtés hőszivattyúval: rendszerköltség és üzemeltetési költségek

A hőszivattyú teljesítménye a hozzárendelt funkciók függvényében kerül kiválasztásra. Ha csak fűtés, akkor a számításokat egy speciális számológéppel lehet elvégezni, amely figyelembe veszi az épület hőveszteségét. Egyébként a hőszivattyú legjobb teljesítménye az, ha az épület hővesztesége nem haladja meg a 80 - 100 W/m2-t. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy egy 100 m2-es, 3 m magas mennyezetű és 60 W/m2 hőveszteségű ház fűtéséhez 10 kW teljesítményű szivattyúra van szükség. A víz melegítéséhez 12 vagy 16 kW teljesítménytartalékkal rendelkező egységet kell vennie.

A hőszivattyú költsége nemcsak a teljesítménytől függ, hanem a megbízhatóságtól és a gyártó igényeitől is. Például egy orosz gyártmányú 16 kW-os egység 7000 dollárba kerül, egy külföldi RFM 17 szivattyú 17 kW teljesítményű pedig körülbelül 13 200 dollárba kerül. az elosztó kivételével az összes kapcsolódó berendezéssel.

A következő költségsor lesz tározó elrendezése. Ez a telepítés teljesítményétől is függ. Például egy 100 m2-es háznál, amelyben mindenhol padlófűtés (100 m2) vagy 80 m2-es fűtőradiátorok vannak felszerelve, valamint víz +40 °C-ra történő melegítésére 150 l/óra térfogattal kutakat kell fúrni a gyűjtők számára. Egy ilyen függőleges kollektor 13 000 USD-ba kerül.

A tározó alján lévő kollektor valamivel kevesebbe fog kerülni. Ugyanezen feltételek mellett 11 000 USD-ba fog kerülni. De jobb, ha a geotermikus rendszer telepítésének költségeit erre szakosodott cégeknél ellenőrizzük, ez nagyon eltérő lehet. Például egy vízszintes kollektor felszerelése egy 17 kW-os szivattyúhoz mindössze 2500 USD-ba kerül. Egy levegős hőszivattyúhoz pedig egyáltalán nincs szükség kollektorra.

Összesen a hőszivattyú ára 8000 USD. Átlagosan egy kollektor építése 6000 USD. átlagos.

Csak a hőszivattyús fűtés havi költsége tartalmazza villamosenergia költségek. Ezeket a következőképpen lehet kiszámítani: a teljesítményfelvételt fel kell tüntetni a szivattyún. Például a fent említett 17 kW-os szivattyú teljesítményfelvétele 5,5 kW/h. Összességében az év 225 napján üzemel a fűtési rendszer, i.e. 5400 óra. Figyelembe véve, hogy a benne lévő hőszivattyú és kompresszor ciklikusan működik, az energiafelhasználást felére kell csökkenteni. Fűtési szezonban 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW költésre kerül.

Az elköltött kW-ok számát megszorozzuk az Ön régiójában felmerülő energiaköltséggel. Például 0,05 USD 1 kW/óra. Összesen 742,5 USD-t költenek el évente. Minden hónap, amelyben a hőszivattyú fűtésre dolgozott, 100 USD-ba kerül. villamosenergia költségek. Ha elosztja a költségeket 12 hónappal, akkor havi 60 USD-t kap.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy minél alacsonyabb a hőszivattyú energiafogyasztása, annál alacsonyabbak a havi költségek. Például vannak 17 kW-os szivattyúk, amelyek évente csak 10 000 kW-ot fogyasztanak (500 cu-ba kerül). Az is fontos, hogy minél nagyobb a hőszivattyú teljesítménye, minél kisebb a hőmérséklet-különbség a hőforrás és a fűtési rendszer hűtőfolyadéka között. Ezért azt mondják, hogy jövedelmezőbb meleg padlót és fan coil egységeket telepíteni. Bár szabványos fűtőradiátorok magas hőmérsékletű hűtőfolyadékkal (+65 - +95 °C) is beépíthetők, de kiegészítő hőtárolóval, például indirekt fűtőkazánnal. A melegvíz további melegítésére bojler is szolgál.

A hőszivattyúk előnyösek, ha bivalens rendszerekben használják. A szivattyú mellé napkollektort is beépíthet, amely nyáron, amikor hűtésre működik, teljes mértékben ellátja árammal a szivattyút. A téli biztosításhoz hozzáadhat egy hőtermelőt, amely a melegvízellátáshoz és a magas hőmérsékletű radiátorokhoz melegíti a vizet.

Az Energia Világbizottság előrejelzést készített az épületek fűtésére szolgáló hőforrások felhasználásáról 2020-ra. Azt állítja, hogy a fejlett országokban az otthonok 75%-át a bolygó geotermikus energiájával látják el meleg vízzel és fűtik.

Ma Svájcban az összes új lakás 40%-a hőszivattyúval van felszerelve, Svédországban pedig ez az arány 90%-ra nőtt. Oroszország és a FÁK-országok ritkábban vezetnek be hőszivattyút az otthoni fűtésre, bár az első rajongók már alkalmazzák ezt a módszert, és tapasztalataikat adják át követőinek.

Munka elvei

Az épület fűtéséhez az alacsony potenciálú forrásból (hőmérsékletből) származó energiát hűtőfolyadék továbbítja a fogyasztóhoz. A technológiai folyamat a termodinamika törvényét alkalmazza, amely két különböző hőmérsékletű rendszer hőenergiájának kiegyenlítését biztosítja: a hőforrásról a hideg fogyasztóra történő energiaátvitelt.

Környezeti hő felhasználása esetén a fűtési és melegvíz-ellátási hőmérsékleti potenciál megnő.

A regeneratív hő forrása lehet:

• a föld felszíne vagy térfogata;
• vízi környezet (tó, folyó);
• légtömegek.

Népszerűbbek azok a modellek, amelyek a földből vesznek el energiát, melynek felületét a napsugarak, illetve a bolygó külső és belső magjának energiája melegíti fel. Megjegyzik:

1. a fogyasztói tulajdonságok legjobb kombinációja;
2. hatékonyság;
3. áron.

Hűtőfolyadék keringési sémák

A hőszivattyú (HP) működése során három zárt kört használnak, amelyeken keresztül különféle folyadékok/gázok - hűtőfolyadékok - keringenek. Mindegyikük ellátja a saját funkcióit.

Forrásenergia potenciál felvevő áramkör

A levegő hőfelvételekor az elpárologtató házát ventilátorok légáramával mesterségesen fújják.

A vízi környezetből vagy a földből hőátadásra szolgáló folyékony hűtőközeg zárt ciklusát olyan csővezetékeken keresztül hajtják végre, amelyek az elpárologtató tekercset a tartály aljába süllyesztett vagy a talajba temetett kollektorhoz kötik, a talaj fagyásánál nagyobb távolságra. extrém hidegben.

Hűtőfolyadékként hígított vizes alkohololdatokon alapuló, nem fagyos folyadékokat használnak. Általában „fagyállónak” vagy „sóoldatnak” nevezik. Magasabb hőmérséklet hatására (≥+3ºС) felemelkednek az elpárologtatóba, hőt adnak át neki, majd lehűlés után (≈-3ºС) gravitációs erővel visszafolynak az energiaforráshoz, biztosítva a folyamatos keringést.

Belső áramkör

Freon alapú hűtőközeg kering rajta, magasabb szintre „emeli” a hőt. A hőmérséklet hatására egymás után átalakul gáz- és folyékony halmazállapotúvá.

A belső áramkör a következőket tartalmazza:

• egy elpárologtató, amely energiát vesz fel a sóoldatból, és továbbítja azt freonhoz, amely felforr és ritkított gázzá válik;
• kompresszor, amely nagy nyomásra sűríti a gázt. Ugyanakkor a freon hőmérséklete meredeken emelkedik;
• kondenzátor, amelyben a forró gáz átadja energiáját a kimeneti kör hűtőfolyadékának, és maga lehűl, folyékony halmazállapotúvá alakul;
• fojtószelep (tágulási szelep), csökkenti a freont a nyomáskülönbség miatt a telített gőz állapotához az elpárologtatóba belépéshez. Amikor a hűtőközeg áthalad egy keskeny lyukon, a hűtőközeg nyomása a kezdeti értékre csökken.

Kimeneti áramkör

A víz itt kering. A hagyományos hidraulikus fűtési rendszerben való használatra kondenzátor tekercsben fűtik. Ezzel a módszerrel a hőmérséklete eléri a 35ºС-ot, ami meghatározza a „Warm Floor” rendszerben való alkalmazását hosszú vonalakkal, amelyek lehetővé teszik a termelt energia egyenletes átvitelét a helyiség teljes térfogatára.

Csak olyan fűtőradiátorok használata, amelyek kisebb mennyiségű hőcserét hoznak létre a helyiségek terével, nem olyan hatékony.

Tervezés

Az ipar különböző teljesítményjellemzőkkel rendelkező modelleket gyárt, de olyan berendezéseket tartalmaznak, amelyek a fent leírt jellemző feladatokat látják el.

Tervezési lehetőségként az ábrán egy ház fűtésére szolgáló hőszivattyú látható.

Itt a geotermikus forrásokból származó hő bemeneti vezetékeken keresztül érkezik, hétvégén pedig a lakás fűtési rendszerébe kerül.

A hőszivattyú működését a következők biztosítják:

• rendszer áramköri paraméterek és vezérlés felügyeletére, beleértve az interneten keresztüli távoli módszereket is;
• kiegészítő berendezések (mosó- és töltőegységek, tágulási tartályok, biztonsági csoportok, szivattyútelepek).

Talajszerkezetek

Háromféle hőcserélőt használnak az energia forrásból történő felvételére:

1. felületes elhelyezkedés;
2. függőleges talajszondák felszerelése;
3. vízszintes szerkezetek mélyítése.

Az első módszer a legkevésbé hatékony. Ezért ritkán használják otthon fűtésére.

Szondák felszerelése kutakba

Ez a módszer a leghatékonyabb. Körülbelül 50–150 méter vagy annál nagyobb mélységű kutak létrehozását teszi lehetővé, amelyek egy 25-40 mm átmérőjű, műanyagból készült U-alakú csővezetéket helyeznek el.

A cső keresztmetszeti területének növelése, valamint a kút mélyítése javítja a hőelvonást, de növeli a szerkezet költségét.

Vízszintes gyűjtők

A szonda lyukak fúrása drága. Ezért gyakran ezt a módszert választják, mivel olcsóbb. Lehetővé teszi, hogy a talaj fagyási mélysége alatti árkok ásásával boldoguljon.

A vízszintes kollektor tervezésekor a következőket kell figyelembe venni:

1. a talaj hővezető képessége;
2. átlagos talajnedvesség;
3. a helyszín geometriája.

Ezek befolyásolják a kollektor méreteit és konfigurációját. Csövek fektethetők:

• hurkok;
• cikkcakk;
• kígyó;
• lapos geometriai formák;
• spirál alakú spirálok.

Fontos megérteni, hogy az ilyen kollektor számára kijelölt terület területe általában 2-3-szor meghaladja a ház alapjának méreteit. Ez a módszer fő hátránya.

Vízgyűjtők

Ez a leggazdaságosabb módszer, de ehhez egy mély tározó elhelyezése szükséges az épület közelében. Az összeszerelt csővezetékeket az alján helyezik el és rögzítik súlyokkal. A hőszivattyú hatékony működéséhez ki kell számítani a kollektor minimális mélységét és a hőelvezetést biztosító tartály térfogatát.

Egy ilyen szerkezet méreteit termikus számítások határozzák meg, és hossza elérheti a 300 métert is.

Az alábbi képen a sorok előkészítése látható egy forrástó jegén történő összeszereléshez. Lehetővé teszi, hogy vizuálisan értékelje az előttünk álló munka mértékét.

Levegő módszer

Egy külső vagy beépített ventilátor az utcáról közvetlenül az elpárologtatóba fújja a levegőt freonnal, mint egy klímaberendezésben. Ebben az esetben nincs szükség csövekből terjedelmes szerkezetek létrehozására és a talajba vagy a tározóba történő elhelyezésére.

Az ezen az elven működő ház fűtésére szolgáló hőszivattyú olcsóbb, de ajánlatos viszonylag meleg éghajlaton használni: a fagyos levegő nem teszi lehetővé a rendszer működését.

Az ilyen eszközöket széles körben használják víz melegítésére úszómedencékben vagy olyan helyiségekben, amelyek olyan ipari berendezések mellett helyezkednek el, amelyek folyamatosan részt vesznek a technológiai folyamatban, és nagy teljesítményű hűtőrendszerekkel hőt bocsátanak ki a légkörbe. Ilyenek például a teljesítményautotranszformátorok, a dízelállomások és a kazánházak.

Főbb jellemzők

A VT modell kiválasztásakor figyelembe kell vennie:

• hőkimeneti teljesítmény;
• hőszivattyú átalakítási arány;
• feltételes hatékonyság;
• éves hatékonyság és költségek.

kimeneti teljesítmény

Az új háztervezés létrehozásakor figyelembe veszik annak hőszükségletét, figyelembe véve az anyagok tervezési jellemzőit, amelyek hőveszteséget okoznak a falakon, ablakokon, ajtókon, mennyezeten és különböző méretű helyiségek padlóján keresztül. A számítás figyelembe veszi a komfortérzet megteremtését a legalacsonyabb fagyok esetén egy adott területen.

Az épület hőfogyasztása kW-ban van kifejezve. Ezt a hőszivattyú által termelt energiának kell fedeznie. A megtakarítást lehetővé tévő számításoknál azonban gyakran leegyszerűsítik: az év leghidegebb napjainak időtartama nem haladja meg a több hetet. Ebben az időszakban további hőforrást csatlakoztatnak, például fűtőelemeket, amelyek a kazánban lévő vizet melegítik.
Fagyok idején csak kritikus helyzetekben működnek, a többi időben ki vannak kapcsolva. Ez lehetővé teszi az alacsonyabb teljesítményű VT-k használatát.

Tervezési lehetőségek

Tájékoztatásul. A 6÷11 kW kimenő teljesítményű „só-víz” áramkörrel rendelkező modellek viszonylag kis épületekben képesek beépített tartályokból vizet melegíteni. 17 kW teljesítmény elegendő a 65ºC-os vízhőmérséklet fenntartásához egy 230÷440 literes kazánban.
A közepes méretű épületek hőigénye 22÷60 kW teljesítményt fed le.

Hőszivattyúk transzformációs együtthatója Ktr

A szerkezet hatékonyságát a dimenzió nélküli képlet segítségével határozza meg:

Ktr=(Tout-Tout)/Tout

A „T” érték a hűtőfolyadékok hőmérsékletét jelzi a szerkezet ki- és bemeneténél.

Energiaátalakítási együttható (ͼ)

Kiszámítása a hasznos hőteljesítmény arányának meghatározására szolgál a kompresszorra alkalmazott energiához viszonyítva.

ͼ=0,5T/(T-To)=0,5(ΔT+To)/ΔT

Ennél a képletnél a „T” fogyasztó és a „To” forrás hőmérsékletét Kelvin-fokban kell megadni.

A ͼ értéke a „Rel” kompresszor működésére fordított energia mennyiségével és az ebből eredő „Rn” hasznos hőteljesítménnyel határozható meg. Ebben az esetben „COP”-nak hívják, az angol „Coefficient of performance” kifejezésből rövidítve.

A ͼ együttható a forrás és a fogyasztó közötti hőmérséklet-különbségtől függően változó érték. 1-től 7-ig terjedő számok jelölik.

Feltételes hatékonyság

Ez hamis állítás: a hatékonysági tényező figyelembe veszi a végberendezés működése közbeni teljesítményveszteségeket.
Meghatározásához el kell osztani a kimenő hőteljesítményt az alkalmazottal, figyelembe véve a geotermikus források energiáját. Ezzel a számítással egy örökmozgó nem fog működni.

Éves hatékonyság és költségek

A COP együttható a hőszivattyú teljesítményét egy adott időpontban, meghatározott működési feltételek mellett értékeli. A HP teljesítményének elemzésére egy éves rendszerhatékonysági mutatót (β) vezettek be.

Itt a Qwp szimbólum az évente megtermelt hőenergia mennyiségét jelöli, a Wel pedig a létesítmény által ugyanannyi ideig fogyasztott villamos energia értéke.

Költségmutató Eq

Ez a jellemző a hatékonysági mutató ellentéte.

A HP jellemzőinek meghatározásához speciális szoftvereket és gyári padokat használnak.

Megkülönböztető jellegzetességek

Előnyök

A ház hőszivattyús fűtése más rendszerekkel összehasonlítva:

1. jó környezeti paraméterek;
2. a berendezések hosszú élettartama karbantartás nélkül;
3. az a képesség, hogy télen egyszerűen átkapcsolható a fűtési mód nyáron a légkondicionálóra;
4. magas éves hatékonyság.

Hibák

A projekt szakaszában és a működés során figyelembe kell venni:

1. nehézségek a pontos műszaki számítások elvégzésében;
2. a berendezések és a telepítési munkák magas költsége;
3. a „levegőelakadások” kialakulásának lehetősége a csővezeték-fektetési technológia megsértése miatt;
4. a rendszerből kilépő víz korlátozott hőmérséklete (≤+65ºС);
5. minden épület szigorú egyénisége;
6. nagy felületek szükségessége a kollektorok számára, kivéve a rajtuk lévő létesítmények építését.

A gyártók rövid listája

A lakásfűtéshez használt modern hőszivattyúkat olyan cégek gyártják, mint:

• Bosch - Németország;
• Waterkotte - Németország;
• WTT Group OY - Finnország;
• ClimateMaster - USA;
• ECONAR - USA;
• Dimplex - Írország;
• FHP Manufacturing - USA;
• Gustrowr - Németország;
• Heliotherm - Ausztria;
• IVT - Svédország;
• LEBERG – Norvégia.

Hőszivattyú (HP) hőenergia átvitelét, átalakítását és átalakítását végző készülék. Működési elve szerint hasonló a jól ismert eszközökhöz és berendezésekhez, mint például a hűtőszekrény vagy a légkondicionáló. Bármely TN működése a fordított Carnot-cikluson alapul, amelyet a híres francia fizikusról és matematikusról, Sidi Carnotról neveztek el.

A hőszivattyú működési elve

Tanulmányozzuk részletesebben a berendezés működési folyamatainak fizikáját. A hőszivattyú négy fő elemből áll:

1. Kompresszor
2. Hőcserélő (kondenzátor)
3. Hőcserélő (elpárologtató)
4. Szerelvények és automatizálási elemek csatlakoztatása.

Kompresszor szükséges a hűtőközeg összenyomásához és a rendszeren keresztül történő mozgatásához. A freon összenyomásakor a hőmérséklete és nyomása meredeken emelkedik (a nyomás 40 bar-ig, a hőmérséklet 140 C-ig), és nagy sűrítésű gáz formájában. a kondenzátorhoz megy(adiabatikus folyamat, azaz olyan folyamat, amelyben a rendszer nem lép kölcsönhatásba a külső térrel), ahol energiát ad át a fogyasztónak. A fogyasztó lehet a fűtendő közvetlen környezet (például beltéri levegő), vagy a hűtőfolyadék (víz, fagyálló stb.), amely azután a fűtési rendszeren keresztül osztja el az energiát (radiátorok, padlófűtés, fűtött lábazat, konvektorok). , fan coil stb.). Ebben az esetben a gáz hőmérséklete természetesen csökken, és aggregációs állapotát gáz halmazállapotúról folyékonyra változtatja (izoterm folyamat, azaz állandó hőmérsékleten lezajló folyamat).

Ezután a hűtőközeg folyékony állapotban van belép az elpárologtatóba, amely egy termosztatikus szelepen (TRV) halad át, amely a nyomás csökkentéséhez és a freon párolgási hőcserélőbe való adagolásához szükséges. Az elpárologtató csatornákon való áthaladáskor a nyomás csökkenése következtében fázisátalakulás következik be, és a hűtőközeg aggregált állapota ismét gázhalmazállapotúvá változik. Ebben az esetben a gáz entrópiája csökken (a freonok termofizikai tulajdonságai alapján), ami a hőmérséklet éles csökkenéséhez vezet, és a hő „eltávolításra kerül” egy külső forrásból. A külső forrás lehet az utcai levegő, a föld belei, folyók, tavak. Ezután a lehűtött gáznemű freon visszakerül a kompresszorba, és a ciklus újra megismétlődik.

Valójában kiderül, hogy a hőmotor maga nem termel hőt, hanem egy olyan eszköz, amely energiát mozgat, módosít és módosít a környezetből a helyiségbe. Ehhez a folyamathoz azonban elektromos áramra van szükség, amelynek fő fogyasztója a kompresszor egység. A kapott hőteljesítmény és a felhasznált elektromos teljesítmény arányát konverziós tényezőnek (COR) nevezzük. Ez a turbófeltöltő típusától, gyártójától és egyéb tényezőktől függően változik, és 2 és 6 között mozog.

Jelenleg különféle típusú ózonbarát freonokat (R410A, R407C) használnak hűtőközegként, amelyek minimális mértékben károsítják a környezetet.

A modern hőmotorok scroll típusú kompresszorokat használnak, amelyek nem igényelnek karbantartást, gyakorlatilag súrlódásmentesek, és 30-40 évig folyamatosan működnek. Ez biztosítja a teljes egység hosszú élettartamát. Például egy német cég Stiebel Eltron Vannak olyan HP-k, amelyek a múlt század 70-es éveinek eleje óta működtek nagyobb javítások nélkül.

A hőszivattyúk típusai

Az energia kiválasztásához és újraelosztásához használt médiától, valamint a tervezési jellemzőktől és az alkalmazási módoktól függően a HP négy fő típusa létezik:

Levegő-levegő hőszivattyú

Az ilyen típusú berendezések az utcai levegőt használják alacsony potenciálú energiaforrásként. Külsőleg nem különbözik a hagyományos split klímarendszertől, de számos olyan funkcionális tulajdonsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy alacsony hőmérsékleten (-30 C-ig) működjön, és „eltávolítsa” az energiát a környezetből. A ház fűtése közvetlenül a hőszivattyús kondenzátorban fűtött meleg levegővel történik.

A levegő-levegő HP előnyei:

• Alacsony költségű
• Rövid telepítési idő és viszonylag egyszerű telepítés
• Nincs lehetőség a hűtőfolyadék szivárgására

Hibák:

• Stabil teljesítmény -20 C-ig
• Minden helyiségben beltéri egységet kell felszerelni, vagy légcsatorna-rendszert kell kialakítani, hogy minden helyiségbe fűtött levegő kerüljön.
• Nem tud meleg vizet (HMV) venni

A gyakorlatban az ilyen rendszereket szezonális lakhatásra használják, és nem szolgálhatnak fő fűtési forrásként.

Levegő-víz hőszivattyú

Működési elvük hasonló az előző típushoz, azonban nem közvetlenül a helyiségben lévő levegőt melegítik fel, hanem a hűtőfolyadékot, ami viszont a ház fűtésére és a meleg víz készítésére szolgál.

A TN „Levegő – Víz” előnyei:

• nem igényel „külső kontúr” (fúrás) megszervezését
• megbízhatóság és tartósság
• magas hatékonysági mutatók (COP) az őszi és tavaszi időszakban

A TN hátrányai:

• A COP jelentős csökkenése alacsony hőmérsékleten (akár 1,2)
• A külső egység leolvasztásának szükségessége (fordított üzemmód)
• Működésképtelenség -25 C - -30 C alatti hőmérsékleten

Az ilyen szivattyúk a mi éghajlatunkon még mindig nem szolgálhatnak egyedüli fűtési forrásként. Ezért gyakran (egy bivalens séma szerint) kiegészítő fűtőberendezésekkel (elektromos, pellet, szilárd tüzelőanyag, dízel kazán, kandalló vízköpennyel) együtt telepítik őket. Alkalmasak régi kazánházak hagyományos tüzelőanyaggal történő rekonstrukciójára és automatizálására is. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszer az év nagy részében automata üzemmódban működjön (nincs szükség szilárd tüzelőanyag betöltésére vagy gázolaj tankolására), csak a HP teljesítményét használva.

Sós-víz hőszivattyú

Az egyik leggyakoribb a Fehérorosz Köztársaságban. Szervezetünk statisztikái alapján a telepített hőszivattyúk 90%-a geotermikus. Ebben az esetben a föld beleit használják „külső körvonalként”. Ennek köszönhetően ezek a hőszivattyúk rendelkeznek a legfontosabb előnnyel más típusú hőszivattyúkkal szemben - az évszaktól függetlenül stabil működési hatékonysági mutató (COP).

A kialakult terminológia szerint a külső áramkört geotermikusnak nevezik.

A geotermikus áramkörnek két fő típusa van:

• Vízszintes
• Függőleges

Nézzük mindegyiket részletesebben.

Vízszintes körvonal

Vízszintes körvonal egy polietilén csőrendszer, amelyet a talaj felső rétege alá fektetnek le, körülbelül 1,5-2 m mélységben, a fagypont alatt. A hőmérséklet ebben a zónában az egész naptári év során pozitív marad (+3 és +15 C között), a maximumot októberben, a minimumot májusban érve el. A kollektor által elfoglalt terület függ az épület területétől, szigetelésének mértékétől és az üvegezés méretétől. Így például egy kétszintes, 200 m2 alapterületű lakóépülethez, amely jó szigeteléssel rendelkezik, és megfelel a modern szabványoknak, körülbelül négy hektár földet (400 m2) kell elkülöníteni egy geotermikus mező számára. Természetesen a felhasznált csövek átmérőjének és az elfoglalt terület pontosabb felméréséhez részletes hőtechnikai számítás szükséges.

Így néz ki a vízszintes kollektor felszerelése az egyik Dzerzsinszki (Fehérorosz Köztársaság) létesítményünkben:

A vízszintes kollektor előnyei:

• Alacsonyabb költség a geotermikus kutakhoz képest
• Lehetőség van a beépítési munkálatok elvégzésére egyéb kommunikáció (vízellátás, csatorna) lefektetésével együtt

A vízszintes kollektor hátrányai:

• Nagy lakott terület (tilos állandó építményeket, aszfaltot építeni, járólapokat fektetni, biztosítani kell a természetes fény és csapadék hozzáférést)
• Az elrendezés lehetőségének hiánya a helyszín kész tájtervezésével
• Kisebb stabilitás a függőleges kollektorhoz képest.

Az ilyen típusú kollektorok elrendezése általában kétféleképpen történik. Az első esetben a teljes fektetési területen távolítsa el a tetejét talajréteg, 1,5-2 m vastag, a hőcserélő csövek lefektetése folyamatban van adott lépéssel (0,6-1,5 m)és visszatöltés történik. Az ilyen munkák elvégzéséhez nagy teljesítményű berendezések alkalmasak, például homlokrakodó, buldózer, nagy kiterjedésű és kanál térfogatú kotrógépek.

A második esetben A talajkontúr hurkok lefektetése lépésről lépésre történik árkok, szélessége 0,6 m-től 1 m-ig. Erre a célra kisméretű kotrógépek és kotró-rakodók alkalmasak.

Függőleges körvonal

Függőleges kollektor képviseli 50-200 m mélységű kutakés még sok más, amelybe speciális eszközöket engednek le - geotermikus szondák. A hőmérséklet ebben a zónában évekig, évtizedekig állandó marad, és a mélység növekedésével növekszik. A növekedés 100 m-enként átlagosan 2-5 C-kal történik, ezt a jellemző értéket nevezzük hőmérsékleti gradiensnek.

A függőleges kollektor felszerelésének folyamata a Minszk melletti Kryzhovka faluban található létesítményünkben:

A Fehérorosz Köztársaság és különösen Minszk városának különböző mélységekben történő hőmérséklet-eloszlásának térképeit tanulmányozva észrevehető, hogy a hőmérséklet régiónként változik, és a helytől függően jelentősen eltérhet. Így például Svetlogorsk területén 100 m mélységben elérheti a +13 C-ot, és a Vitebszk régió egyes területein ugyanabban a mélységben nem haladja meg a +8,5 C-ot.

Természetesen a fúrási mélység számításánál, valamint a geotermikus szondák méretének, átmérőjének és egyéb jellemzőinek tervezésénél ezt a tényezőt is figyelembe kell venni. Ezenkívül figyelembe kell venni az áthaladó kőzetek geológiai összetételét. Csak ezen adatok alapján lehet helyesen megtervezni a geotermikus áramkört.

Szervezetünk gyakorlata és statisztikái szerint a HP működése során felmerülő problémák 99%-a a külső áramkör működésével függ össze, és ez a probléma nem jelentkezik azonnal a berendezés üzembe helyezése után. És ennek van magyarázata, mert ha a geokontúrt rosszul számítják ki (például a vitebszki régió területén, ahol, mint emlékszünk, a geotermikus gradiens az egyik legalacsonyabb a Köztársaságban), a kezdeti munkája nem kielégítő, de idővel a föld vastagsága „lehűl” A termodinamikai egyensúly megbomlik, bajok kezdődnek, a probléma csak a második-harmadik fűtési szezonban jelentkezhet. A túlméretezett kontúr kevésbé tűnik problémásnak, de a megrendelő a kivitelező tehetetlensége miatt kénytelen fizetni a felesleges méteres fúrásokért, ami menthetetlenül az egész projekt költségének növekedéséhez vezet.

A föld altalaj vizsgálata különösen kritikus fontosságú nagy kereskedelmi létesítmények építése során, ahol a kutak száma tucatnyira tehető, és az építésükön megspórolt (vagy elpazarolt) forrás igen jelentős lehet.

Víz-víz hőszivattyú

A geotermikus hőforrások egyik fajtája lehet a talajvíz. Állandó hőmérsékletűek (+7 C felett), és jelentős mennyiségben fordulnak elő különböző mélységekben a Fehérorosz Köztársaság területén. A technológia szerint a talajvizet egy kútból egy centrifugálszivattyú emeli ki és egy hő- és tömegátadó állomásba jut, ahol energiát ad át a hőszivattyú alsó körének fagyállójának. Ennek a rendszernek a működési hatékonysága függ a talajvíz szintjétől (az emelkedés mélységétől függően bizonyos szivattyúteljesítmény szükséges), valamint a szívókút és a csereállomás távolságától. Ez a technológia az egyik legmagasabb COP-értékkel rendelkezik, de számos olyan funkciója van, amelyek korlátozzák a használatát.

Közöttük:

• A talajvíz hiánya vagy előfordulásának alacsony szintje;
• Az állandó kútáramlás hiánya, a statikus és dinamikus szintek csökkenése;
• Figyelembe kell venni a sóösszetételt és a szennyezettséget (ha a víz minősége nem megfelelő, a hőcserélő eltömődik és a teljesítménymutatók csökkennek)
• Vízelvezető kút felszerelésének szükségessége jelentős mennyiségű szennyvíz elvezetéséhez (2200 l/h-tól vagy annál nagyobb)

Amint a gyakorlat azt mutatja, az ilyen rendszerek telepítése tanácsos, ha a közvetlen közelében tó vagy folyó található. A szennyvíz gazdasági és ipari célokra is felhasználható, például öntözésre, vagy mesterséges tározók kialakítására.

Ami a beszívott víz minőségét illeti, például egy német alternatív fűtési rendszerek gyártója Stiebel Eltron a következő beállításokat javasolja: a vas és magnézium együttes aránya legfeljebb 0,5 mg/l, a kloridtartalom kevesebb, mint 300 mg/l, a kicsapódott anyagok hiánya. Ha ezeket a paramétereket túllépik, további tisztítórendszert - előkészítő és sótalanító állomást - kell telepíteni, ami növeli a projekt anyagfelhasználását.

Fúrási munka hőszivattyúhoz.

A geotermikus egységek telepítésében és üzemeltetésében szerzett tapasztalatok alapján legalább 100 m-es kutak fúrását javasoljuk. A gyakorlat azt mutatja, hogy például két, egyenként 150 m-es kútnál jobb teljesítmény és stabilitás figyelhető meg, mint három, egyenként 100 m-es kútnál. Természetesen az ilyen bányák építése speciális berendezéseket és rotációs fúrási módszert igényel. A kis méretű csigaberendezések nem képesek biztosítani a szükséges hosszúságú kutakat.

Mivel a geotermikus áramkör a legfontosabb elem, és annak helyes elrendezése a kulcsa a teljes rendszer sikeres működésének, a fúrási vállalkozónak számos kritériumnak kell megfelelnie:

• Szükséges tapasztalat az ilyen típusú szolgáltatások nyújtásában;
• rendelkezzen speciális szerszámmal a szondák bemerítéséhez;
• garantálja, hogy a szonda a tervezett mélységbe merül, és garantálja annak integritását és tömítettségét a munkafolyamat során;
• bemerítés után végezzen intézkedéseket a kút eltömítésére, hogy növelje a hőátadást és a termelékenységet, tömítse le a bánya aknáját a visszatöltés előtt.

Általánosságban elmondható, hogy megfelelő tervezéssel és szakképzett telepítéssel a geotermikus szondák nagyon megbízhatóak és akár 100 évig is működhetnek.

A geotermikus szonda fúrt kútba süllyesztésének folyamata:

Geotermikus szonda a kereten, a szivárgásteszt ("nyomásvizsgálat") elvégzése előtt:

következtetéseket

Az alternatív energiarendszerek tervezésében szerzett tapasztalataink alapján kiemelhetjük azokat a főbb tényeket, amelyek alapvetőek, amikor Ügyfeleink hőszivattyút választanak:

• teljes biztonság és környezetbarát(nincs égési folyamat vagy mozgó alkatrészek)
• lehetőséget, hogy „ma” megrendelje a rendszert, és három hét múlva élvezze a használatát a szabályozó és engedélyező hatóságokkal való egyeztetés nélkül.
• Teljes autonómia és minimális karbantartás(nem kell gázszövetkezeti tagnak lenni, nem kell tőle függeni; nem kell tűzifát dobni vagy havi légcsatorna-tisztítást végezni, üzemanyagtartály bejutását megszervezni stb.)
• A gázellátás nélküli egyéni ház építésére szolgáló telek költsége sokkal alacsonyabb, és a szállítási időszak nem függ a gázszolgáltatástól
• Lehetőség távirányító az interneten keresztül
• Fejlett és innovatív, stílusos kialakítású berendezés, amelyet nem szégyen megmutatni a barátoknak, ismerősöknek, ami mindenképpen kiemeli a lakástulajdonos státuszát.

Ha nem érintettünk ebben a cikkben egyetlen kérdést sem, és személyesen szeretné feltenni őket, keresse fel irodánkat a következő címen: Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC, és konzultáljon mérnökeinkkel.

Lehetőségünk van a már elkészült működő létesítmények ingyenes látogatásának megszervezésére is.

Kapcsolattartási telefonszám: 044 765 29 58; 017 399 70 51

Portálunk számos tagja régóta használ hőszivattyút, és ezt tartja a legjobb fűtési módnak. A hőszivattyú még mindig drága eszköz, és hosszú a megtérülési ideje. De vannak sikeres tapasztalatok a saját gyártású hőszivattyúkkal kapcsolatban: ez lehetővé teszi, hogy elkerülje az irreális költségeket.

• A hőszivattyú működési elve
• Hogyan készítsünk hőszivattyút saját kezűleg
• Kifizetődő hőszivattyút készíteni?

A hőszivattyú működési elve

A hőszivattyú működési elvének ismertetésekor az emberek gyakran felidézik a hűtőszekrényt, ahol a kamrában lévő élelmiszerekből „eltávolított” hő a hátsó falon lévő radiátorba kerül.

Saga FORUMHOUSE tag

A hőszivattyú működési elve olyan, mint a hűtőszekrényé: a hátoldalán lévő rostélyt fűtik, a fagyasztót hűtik. Ha a csöveket freonnal meghosszabbítjuk és leengedjük a fürdőbe, akkor a benne lévő víz lehűl, a hűtőrács felmelegszik; a hűtőszekrény hőt pumpál a fürdőből, és felmelegíti a szobát.

A klímaberendezések és a hőszivattyúk ugyanezen az elven működnek. A készülékek működése a Carnot cikluson alapul.

A hűtőfolyadék áthalad a talajon vagy a vízen, közben „eltávolítja” a hőt és több fokkal megemeli a hőmérsékletét. A hőcserélőben a hűtőközeg átadja a felhalmozott hőt a hűtőközegnek, amely gőzzé válik, és belép a kompresszorba, ahol a hőmérséklete megemelkedik. Ebben a formában a kondenzátorba kerül, hőt ad át az otthoni operációs rendszer hűtőfolyadékának, majd lehűlés után ismét folyadékká alakul, és belép az elpárologtatóba, ahol a fűtött hűtőfolyadék új része felmelegíti. A ciklus megismétlődik.

A hőszivattyú ugyan nem működik áram nélkül, de előnyös eszköz, mert 3-7-szer több hőt termel, mint amennyi áramot felhasznál.

Ezt egy konkrét példán keresztül vizsgáljuk meg felhasználónkról, aki saját kezűleg készített hőszivattyút.

A hőszivattyúk a szervezet természetes forrásaiból származó energiával működnek:

• talaj;
• víz;
• levegő.

A talaj hőgyűjtése (a fagyás alatti hőmérséklete mindig +5 - +7 fok körül van) kétféleképpen történhet:

• vízszintes talajgyűjtő
• különböző módon vízszintesen lefektetett csövek.

„Sóvíz” folyik át a csöveken – a FORUMHOUSE-ban gyakran használnak propilénglikolt, amely felveszi a föld hőjét, átadja a hűtőközegnek, majd lehűtve visszakerül a talajkollektorba.