Pompă de căldură pentru încălzire: principiu de funcționare și avantaje de utilizare. Cum să faci o pompă de căldură pentru încălzirea unei case cu propriile mâini: principiul de funcționare și diagramele de asamblare Cum funcționează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case

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.
• Siguranță pentru oameni și 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. 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.

• Principiul de funcționare al pompelor de căldură
• Circuit de incalzire
• Avantajele și dezavantajele pompelor de căldură
• Secrete de casă

Cum functioneaza

O pompă de căldură sau geotermală colectează energia termică din mediu, o transformă folosind agent frigorific și o furnizează sistemului de încălzire a locuinței.

Principalele componente ale unității: compresor, schimbător de căldură, pompă de circulație, automatizare, circuit de alimentare. Pompa este capabilă să atragă căldură din trei surse.

• Aer.
• Apă.
• Amorsare.

Judecând după firele de discuție, avem două opțiuni la cerere - apă și sol. Acest lucru se datorează restricțiilor de temperatură - sursa trebuie să fie pozitivă. Locația circuitului de alimentare poate fi orizontală sau verticală. În primul caz, linia principală este așezată sub nivelul de îngheț - de la 1,5 metri adâncime. Sau în partea de jos a rezervorului, acolo chiar și în înghețuri severe - până la + 4⁰С. Lungimea circuitului depinde de dimensiunile încăperii încălzite și de puterea pompei. În al doilea, sunt forate puțuri pentru sonde, adâncimea medie este de 50-70 de metri. Piastrov A V, unul dintre membrii forumului și proprietarul unei pompe de căldură, a descris astfel sistemul vertical.

Piastrov A V Membru FORUMHOUSE

Căldura este colectată de sonde geotermale - o conductă în buclă prin care circulă etilenglicolul. Ele coboară în fântâni adânci de 50-70 de metri. Acesta este un circuit extern, iar numărul de puțuri depinde de puterea pompei de căldură. Pentru o casă cu o suprafață pătrată de 100 de metri, veți avea nevoie de două sonde - două puțuri.

Circuit de incalzire

O pompă de căldură, spre deosebire de cazanele pe gaz, cărbune sau electricitate, încălzește mediul la o medie de 40⁰C. Aceasta este temperatura optimă la care atât uzura echipamentului, cât și consumul de energie electrică sunt minime. Pentru radiatoarele convenționale, astfel de indicatoare nu sunt suficiente. Prin urmare, cu o pompă de căldură, de obicei nu folosesc țevi și calorifere, ci podele încălzite. Este mai eficient atunci când încălziți lichidul de răcire în acest fel. Doar pasul dintre țevi ar trebui să fie mai mic. Merită să luați în considerare faptul că podelele încălzite creează restricții privind alegerea mobilierului și usucă aerul. Va fi necesară umiditate suplimentară. Vara, podelele pot funcționa pentru răcire.

Avantaje și dezavantaje

Principalul avantaj al unei pompe de căldură este eficiența sa ridicată; pentru fiecare kilowatt de energie electrică consumată, aceasta produce aproximativ 5 kW de căldură. Plus fără efort fizic în timpul lucrului, fără deșeuri și monoxid de carbon.

În plus, nu există nicio dependență de lucrătorii din sectorul gazelor și nu se merge la autorități pentru aprobare. Și cerințele pentru camera cazanelor nu sunt atât de stricte. După pornire, costurile de operare sunt minime. Se plătește doar electricitatea; o pompă de putere medie consumă aproximativ 4 kW pe oră. Modelele moderne sunt pulsate, nu funcționează continuu, ci sunt pornite atunci când este necesar. Acest lucru reduce numărul de ore de lucru pe sezon și costurile cu energia.

Principalul dezavantaj al încălzirii geotermale este prețul; chiar și o unitate chinezească sau casnică, ca să nu mai vorbim de mărcile europene, costă câteva mii de euro. Împreună cu amenajarea circuitului extern și instalarea, plăcerea va avea ca rezultat sute de mii de ruble. Conform calculelor experților și proprietarilor, pompa se amortizează singură în câțiva ani. Funcționează pe o sursă gratuită, în comparație cu costul unei tone de cărbune sau al unui metru cub de lemn de foc, economiile sunt semnificative. Dar nu toată lumea are o jumătate de milion în plus pentru echipare și punere în funcțiune.

Dacă există un corp de apă aproape de șantier, se dovedește a fi mult mai ieftin și nu este nevoie să cheltuiți pentru foraje costisitoare.

De asemenea, puțurile de funcționare optimizează procesul devenind o sursă de căldură. Acest lucru este confirmat de un membru al forumului det Maros din Ust-Kamenogorsk. Lucrează la o firmă care produce pompe de căldură și oferă servicii de instalare. Prin urmare, înțelege pe deplin situația și a răspuns la întrebarea unui participant la fir dacă are nevoie de sonde dacă există puțuri pe site și a răspuns exhaustiv.

det maros FORUMHOUSE Membru

De ce să te deranjezi cu sondele dacă este suficientă apă. Vei conduce de la o fântână la alta prin HP. Colectăm cu sondele când nu este apă în zonă sau stâlpul este mic și nu acoperă nevoile. O pompă de 10 kW necesită un volum de 3 metri cubi.

Secrete de casă

Dar cele mai mari economii se obțin atunci când montezi singur pompa de căldură. Unitatea de conducere, compresorul, este luată de la aparate de aer condiționat puternice și sisteme split; parametrii lor tehnici sunt similari. Schimbătoarele de căldură se vând gata făcute, dar unii meșteri reușesc să le lipize din țevi de cupru. Freonul este folosit ca agent frigorific; este vândut și în cilindri. Controlerele, releele, stabilizatoarele, toate elementele individual vor costa jumătate mai mult decât într-un kit gata făcut.

Cel mai adesea, proiectele de casă sunt organizate peste iazuri sau când există deja o fântână. Datorită faptului că cea mai mare parte a cheltuielilor cade pe lucrările de excavare, iar economiile maxime sunt pe acestea.

Artizan aparat2, din Riga, a colectat el însuși echipamente geotermale și a postat un reportaj foto despre acesta, cu o descriere detaliată a tuturor operațiunilor.

aparat2 FORUMHOUSE Membru

Am asamblat un HP din două compresoare monofazate de 24.000 BTU fiecare (7 kW h. pe vreme rece). A rezultat o cascadă cu o putere termică de 16-18 kilowați, cu un consum de energie electrică de aproximativ 4,5 kW pe oră. Am ales două compresoare ca să fie mai mici curenții, nu le voi porni în același timp. Între timp, doar etajul al doilea este locuit și este suficient un singur compresor. Și, după ce am experimentat pe unul, atunci voi îmbunătăți al doilea design.

De asemenea, membrul forumului a decis să nu cheltuiască bani pe schimbătoare de căldură de tip plăci gata făcute. Sunt pretențioși în ceea ce privește tratarea apei și costă mult. El a combinat un schimbător de casă cu o baterie pentru a crește puterea. Rezultatul a fost o instalație funcțională care a fost de câteva ori mai ieftină decât una achiziționată.

Cu toate acestea, pompele de căldură sunt o opțiune alternativă atunci când nu există gaz și zone mari de încălzire. Chiar dacă asamblați singur sistemul, costurile pentru componente sunt substanțiale. Puteți studia subiectul mai îndeaproape pe fir, există o mulțime de sfaturi utile acolo, utilizatorii forumului își împărtășesc experiențele și discută despre diverse modele. vă va ajuta să înțelegeți ansamblul. Și opțiunile pentru încălzirea unei case mari fără gaz din videoclip sunt un exemplu clar. Pentru proprietarii de case din lemn - video

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. Racorduri și elemente 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.

Pompă de căldură aer-apă

Principiul lor de funcționare este similar cu tipul anterior, însă nu încălzesc direct aerul din interiorul încăperii, 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

Orice proprietar al unei case private se străduiește să minimizeze costul încălzirii casei. În acest sens, pompele de căldură sunt semnificativ mai profitabile decât alte opțiuni de încălzire; ele furnizează 2,5-4,5 kW de căldură per kilowatt de energie electrică consumată. Cealaltă față a monedei: pentru a obține energie ieftină, va trebui să investești mulți bani în echipamente; cea mai modestă instalație de încălzire cu o capacitate de 10 kW va costa 3.500 USD. e. (preț de pornire).

Singura modalitate de a reduce costurile de 2-3 ori este să faci o pompă de căldură cu propriile mâini (abreviat HP). Să luăm în considerare câteva opțiuni de lucru reale, colectate și testate de meșteri entuziaști în practică. Deoarece fabricarea unei unități complexe necesită cunoștințe de bază despre mașinile frigorifice, să începem cu teoria.

Caracteristicile și principiul de funcționare al TN

Cum diferă o pompă de căldură de alte instalații pentru încălzirea caselor private:

• spre deosebire de cazane și încălzitoare, unitatea nu produce căldură de la sine, ci, ca un aparat de aer condiționat, o mută în interiorul clădirii;
• HP este numită pompă deoarece „pompează” energie din surse de căldură de calitate scăzută - aerul ambiant, apă sau sol;
• instalatia este alimentata exclusiv de energia electrica consumata de compresor, ventilatoare, pompe de circulatie si tablou de comanda;
• Funcționarea dispozitivului se bazează pe ciclul Carnot, utilizat în toate mașinile frigorifice, de exemplu, aparatele de aer condiționat și sistemele split.

În modul de încălzire, un sistem tradițional split funcționează în mod normal la temperaturi de peste minus 5 grade; în caz de îngheț sever, eficiența scade brusc.

Referinţă. Căldura este conținută în orice substanță a cărei temperatură este peste zero absolut (minus 273 de grade). Tehnologiile moderne fac posibilă extragerea acestei energie din aer cu temperaturi de până la -30 °C, pământ și apă - până la +2 °C.

Ciclul de schimb de căldură Carnot implică un fluid de lucru - gaz freon, care fierbe la temperaturi sub zero. Evaporându-se și condensându-se alternativ în două schimbătoare de căldură, agentul frigorific absoarbe energia din mediu și o transferă în interiorul clădirii. În general, principiul de funcționare al unei pompe de căldură este același cu cel pornit pentru încălzire:

1. În faza lichidă, freonul se deplasează prin tuburile schimbătorului de căldură extern al evaporatorului, așa cum se arată în diagramă. Primind căldură din aer sau apă prin pereții metalici, agentul frigorific se încălzește, fierbe și se evaporă.
2. Apoi gazul intră în compresor, care pompează presiunea până la valoarea calculată. Sarcina sa este de a ridica punctul de fierbere al substanței, astfel încât freonul să se condenseze la o temperatură mai mare.
3. Trecând prin schimbătorul de căldură-condensator intern, gazul se transformă din nou în lichid și transferă energia acumulată direct lichidului de răcire (apă) sau aerului din cameră.
4. În ultima etapă, agentul frigorific lichid intră în receptor-separatorul de umiditate, apoi în dispozitivul de reglare. Presiunea substanței scade din nou, freonul este gata să treacă printr-un al doilea ciclu.

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură este similar cu principiul de funcționare al unui sistem split

Notă. Sistemele convenționale split și pompele de căldură din fabrică au o caracteristică comună - capacitatea de a transfera energie în ambele direcții și de a funcționa în 2 moduri - încălzire / răcire. Comutarea este implementată folosind o supapă de inversare cu patru căi, care schimbă direcția fluxului de gaz de-a lungul circuitului.

Aparatele de aer condiționat de uz casnic și pompele de căldură folosesc diferite tipuri de supape termostatice care reduc presiunea agentului frigorific în fața evaporatorului. În sistemele split de uz casnic, rolul unui regulator este jucat de un simplu dispozitiv capilar; pompele sunt echipate cu o supapă termostatică (TRV) scumpă.

Rețineți că ciclul de mai sus are loc la toate tipurile de pompe de căldură. Diferența constă în metodele de furnizare/eliminare a căldurii, pe care le vom enumera mai jos.

Tipuri de supape de accelerație: tub capilar (foto din stânga) și supapă termostatică (TRV)

Tipuri de instalatii

Conform clasificării general acceptate, pompele de căldură sunt împărțite în tipuri în funcție de sursa de energie primită și de tipul de lichid de răcire la care este transferată:

Referinţă. Tipurile de pompe de căldură sunt enumerate în ordinea creșterii costului echipamentului împreună cu instalarea. Centralele de aer sunt cele mai ieftine, centralele geotermale sunt scumpe.

Principalul parametru care caracterizează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case este coeficientul de eficiență COP, egal cu raportul dintre energia primită și energia cheltuită. De exemplu, încălzitoarele de aer relativ ieftine nu se pot lăuda cu un COP ridicat - 2,5...3,5. Să explicăm: după ce a cheltuit 1 kW de energie electrică, instalația furnizează 2,5-3,5 kW de căldură locuinței.

Metode de colectare a căldurii din sursele de apă: dintr-un iaz (stânga) și prin puțuri (dreapta)

Sistemele de apă și sol sunt mai eficiente, coeficientul lor real se situează în intervalul 3...4,5. Productivitatea este o valoare variabilă, în funcție de mulți factori: proiectarea circuitului de schimb de căldură, adâncimea de scufundare, temperatură și debitul apei.

Punct important. Pompele de căldură cu apă nu pot încălzi lichidul de răcire la 60-90 °C fără circuite suplimentare. Temperatura normală a apei de la pompa de căldură este de 35...40 de grade, cazanele câștigă clar aici. De aici recomandarea producătorilor: conectați echipamentul la încălzire la temperatură joasă - apă.

Care TN este mai bine să colectați

Haideți să formulăm problema: trebuie să construiți o pompă de căldură de casă la cel mai mic cost. De aici rezultă o serie de concluzii logice:

1. Instalarea va trebui să folosească un minim de piese scumpe, astfel încât nu va fi posibilă atingerea unei valori COP ridicate. În ceea ce privește coeficientul de performanță, dispozitivul nostru va pierde în fața modelelor din fabrică.
2. În consecință, nu are sens să faci un HP pur aer; este mai ușor să îl folosești în modul de încălzire.
3. Pentru a obține beneficii reale, trebuie să fabricați o pompă de căldură aer-apă, apă-apă sau să construiți o instalație geotermală. În primul caz, puteți obține un COP de aproximativ 2-2,2, în rest puteți obține 3-3,5.
4. Nu se va putea face fără circuite de încălzire prin pardoseală. Lichidul de răcire încălzit la 30-35 de grade este incompatibil cu rețeaua de radiatoare, cu excepția regiunilor sudice.

Așezarea circuitului extern al HP la rezervor

Cometariu. Producătorii susțin: sistemul split invertor funcționează la temperaturi stradale de minus 15-30 °C. În realitate, eficiența încălzirii este redusă semnificativ. Potrivit recenziilor proprietarilor de case, în zilele geroase unitatea interioară furnizează un curent de aer abia cald.

Pentru a implementa versiunea pentru apă a HP, sunt necesare anumite condiții (opțional):

• un iaz la 25-50 m de casa; la o distanta mai mare, consumul de energie electrica va creste semnificativ datorita unei pompe de circulatie puternice;
• o fântână sau fântână cu o aprovizionare (debit) suficientă cu apă și un loc pentru drenaj (groapă, a doua fântână, șanț de drenaj, canal);
• canal prefabricat (dacă te lasă să te prăbușești în el).

Debitul de apă subterană este ușor de calculat. În procesul de extracție a căldurii, o pompă de căldură de casă își va scădea temperatura cu 4-5 °C, de aici volumul debitului este determinat prin capacitatea termică a apei. Pentru a obține 1 kW de căldură (considerăm că delta temperaturii apei este de 5 grade), trebuie să conduceți aproximativ 170 de litri prin pompa de căldură într-o oră.

Încălzirea unei case cu o suprafață de 100 m² va necesita o putere de 10 kW și un consum de apă de 1,7 tone pe oră - un volum impresionant. O pompă de apă de căldură similară este potrivită pentru o casă mică de țară de 30-40 m², de preferință izolată.

Metode de selectare a căldurii din pompele de căldură geotermale

Asamblarea unui sistem geotermal este mai fezabilă, deși procesul necesită destul de multă muncă. Respingem imediat opțiunea de a așeza conducta orizontal pe o zonă la o adâncime de 1,5 m - va trebui să lupați întreaga zonă sau să plătiți bani pentru serviciile de echipamente de terasament. Metoda de forare a puțurilor este mult mai simplă și mai ieftin de implementat, practic fără nicio perturbare a peisajului.

Cea mai simplă pompă de căldură dintr-un aparat de aer condiționat cu fereastră

După cum ați putea ghici, pentru a fabrica o pompă de căldură apă-aer veți avea nevoie de un răcitor de geam în stare de funcționare. Este foarte indicat sa cumperi un model dotat cu supapa de inversare si capabil sa incalzeasca, altfel va trebui sa refaci circuitul freon.

Sfat. Când cumpărați un aparat de aer condiționat uzat, acordați atenție plăcuței de identificare, care afișează caracteristicile tehnice ale aparatului de uz casnic. Parametrul care vă interesează este (indicat în kilowați sau unități termice britanice - BTU).

Capacitatea de încălzire a dispozitivului este mai mare decât capacitatea de refrigerare și este egală cu suma a doi parametri - performanță plus căldura generată de compresor

Cu puțin noroc, nici nu va trebui să eliberați freonul și să reluați țevile. Cum se transformă un aparat de aer condiționat într-o pompă de căldură:

Recomandare. Dacă schimbătorul de căldură nu poate fi plasat în rezervor fără a deteriora liniile de freon, încercați să evacuați gazul și să tăiați tuburile în punctele necesare (departe de evaporator). După asamblarea unității de schimb de căldură cu apă, circuitul va trebui să fie lipit și umplut cu freon. Cantitatea de agent frigorific este de asemenea indicată pe etichetă.

Acum nu mai rămâne decât să lansați un HP de casă și să reglați debitul de apă, obținând eficiență maximă. Vă rugăm să rețineți: încălzitorul improvizat folosește o „umplere” complet din fabrică; tocmai ați mutat radiatorul de la aer la lichid. Cum funcționează sistemul live, urmăriți videoclipul maestrului meșter:

Realizarea unei instalatii geotermale

Dacă opțiunea anterioară vă permite să realizați economii aproximativ duble, atunci chiar și un circuit de pământ de casă va da un COP în regiunea de 3 (trei kilowați de căldură la 1 kW de energie electrică consumată). Adevărat, costurile financiare și cu forța de muncă vor crește, de asemenea, semnificativ.

Deși pe internet au fost publicate o mulțime de exemple de asamblare a unor astfel de dispozitive, nu există instrucțiuni universale cu desene. Vom oferi o versiune de lucru, asamblată și testată de un adevărat meșter de acasă, deși multe lucruri vor trebui gândite și finalizate independent - este dificil să puneți toate informațiile despre pompele de căldură într-o singură publicație.

Calculul circuitului solului și schimbătoarelor de căldură cu pompă

Urmând propriile recomandări, începem să calculăm o pompă geotermală cu sonde verticale în formă de U plasate în puțuri. Este necesar să aflați lungimea totală a conturului exterior, apoi adâncimea și numărul de arbori verticali.

Date inițiale pentru exemplu: trebuie să încălziți o casă izolată privată cu o suprafață de 80 m² și o înălțime a tavanului de 2,8 m, situată în zona de mijloc. Nu vom cheltui pe încălzire; vom determina nevoia de căldură în funcție de zonă, ținând cont de izolarea termică - 7 kW.

Dacă doriți, puteți aranja un colector orizontal, dar apoi va trebui să alocați o suprafață mare pentru lucrări de excavare

Lămurire importantă. Calculele tehnice ale pompelor de căldură sunt destul de complexe și necesită interpreți înalt calificați; cărți întregi sunt dedicate acestui subiect. Articolul oferă calcule simplificate preluate din experiența practică a constructorilor și meșterilor care iubesc produsele de casă.

Intensitatea schimbului de căldură dintre sol și lichidul neîngheț care circulă de-a lungul circuitului depinde de tipul de sol:

• 1 metru liniar dintr-o sondă verticală scufundată în apa subterană va primi aproximativ 80 W de căldură;
• în solurile stâncoase, îndepărtarea căldurii va fi de aproximativ 70 W/m;
• solurile argiloase saturate cu umiditate vor furniza aproximativ 50 W la 1 m de colector;
• roci uscate – 20 W/m.

Referinţă. Sonda verticală este formată din 2 bucle de țevi coborâte pe fundul puțului și umplute cu beton.

Un exemplu de calcul al lungimii unei conducte. Pentru a extrage necesarul de 7 kW de energie termică din roca de argilă brută, veți avea nevoie de 7000 W împărțiți la 50 W/m, obținem o adâncime totală a sondei de 140 m. Acum conducta este distribuită în puțuri de 20 m adâncime, pe care le puteți găuriți cu propriile mâini. Un total de 7 foraje pentru 2 bucle de schimb de caldura, lungimea totala a conductei este de 7 x 20 x 4 = 560 m.

Următorul pas este calcularea zonei de schimb de căldură a evaporatorului și a condensatorului. Diverse resurse și forumuri de pe Internet oferă anumite formule de calcul, care în cele mai multe cazuri sunt incorecte. Nu ne vom lua libertatea de a recomanda astfel de metode și de a vă induce în eroare, dar vă vom oferi o opțiune vicleană:

1. Contactați orice producător cunoscut de schimbătoare de căldură cu plăci, de exemplu, Alfa Laval, Kaori, Anvitek și așa mai departe. Puteți accesa site-ul oficial al mărcii.
2. Completați formularul de selecție a schimbătorului de căldură sau sunați managerul și comandați selecția unității, listând parametrii mediului (antigel, freon) - temperaturi de intrare și ieșire, sarcină termică.
3. Specialistul companiei va face calculele necesare și va oferi un model de schimbător de căldură potrivit. Printre caracteristicile sale o veți găsi pe cea principală - suprafața de schimb.

Unitățile cu plăci sunt foarte eficiente, dar scumpe (200-500 euro). Este mai ieftin să asamblați un schimbător de căldură cu carcasă și tub dintr-un tub de cupru cu un diametru exterior de 9,5 sau 12,7 mm. Înmulțiți cifra dată de producător cu un factor de siguranță de 1,1 și împărțiți cu circumferința conductei pentru a obține filmarea.

Un schimbător de căldură cu plăci din oțel inoxidabil este o opțiune ideală de evaporator, este eficient și ocupă puțin spațiu. Problema este prețul ridicat al produsului

Exemplu. Suprafața de schimb de căldură a unității propuse a fost de 0,9 m². După ce am selectat un tub de cupru de ½” cu un diametru de 12,7 mm, calculăm circumferința în metri: 12,7 x 3,14 / 1000 ≈ 0,04 m. Determinați metrajul total: 0,9 x 1,1 / 0,04 ≈ 25 m.

Echipamente și materiale

Se propune construirea viitoarei pompe de căldură pe baza unei unități exterioare a unui sistem split de putere adecvată (indicată pe plăcuță). De ce este mai bine să folosiți un aparat de aer condiționat uzat:

• dispozitivul este deja echipat cu toate componentele - compresor, accelerație, receptor și electricitate de pornire;
• schimbătoarele de căldură de casă pot fi plasate în corpul mașinii de refrigerare;
• Există porturi de service convenabile pentru reumplerea freonului.

Notă. Utilizatorii care cunosc acest subiect selectează echipamentul separat - compresor, supapă de expansiune, controler și așa mai departe. Dacă aveți experiență și cunoștințe, o astfel de abordare este binevenită.

Este imposibil să asamblați un HP pe baza unui frigider vechi - puterea unității este prea mică. În cel mai bun caz, va fi posibil să „strângeți” până la 1 kW de căldură, ceea ce este suficient pentru a încălzi o cameră mică.

În plus față de unitatea despărțită externă, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• Teava HDPE Ø20 mm - la circuitul de pamant;
• fitinguri din polietilenă pentru asamblarea colectoarelor și conectarea la schimbătoare de căldură;
• pompe de circulație – 2 buc.;
• manometre, termometre;
• furtun de apă de înaltă calitate sau conductă HDPE cu un diametru de 25-32 mm pentru carcasa evaporatorului și condensatorului;
• tub de cupru Ø9,5-12,7 mm cu grosimea peretelui de minim 1 mm;
• izolații pentru conducte și linii de freon;
• kit pentru etanșarea cablurilor de încălzire așezate în interiorul alimentării cu apă (necesar pentru etanșarea capetelor țevilor de cupru).

Set bucse pentru intrarea ermetica a tubului de cupru

O soluție salină de apă sau antigel pentru încălzire – etilenglicol – este utilizată ca lichid de răcire extern. Veți avea nevoie și de o sursă de freon, a cărei marcă este indicată pe plăcuța de identificare a sistemului split.

Asamblarea blocului de schimb de căldură

Înainte de a începe lucrările de instalare, modulul exterior trebuie dezasamblat - îndepărtați toate capacele, îndepărtați ventilatorul și radiatorul mare standard. Deconectați solenoidul care controlează supapa de inversare dacă nu intenționați să utilizați pompa ca lichid de răcire. Senzorii de temperatură și presiune trebuie păstrați.

Procedura de asamblare pentru blocul VT principal:

1. Faceți un condensator și un evaporator introducând un tub de cupru în interiorul unui furtun de lungimea estimată. La capete, instalați teuri pentru conectarea la pământ și a circuitelor de încălzire; etanșați tuburile de cupru proeminente folosind un kit special pentru cablul de încălzire.
   
2. Folosind o bucată de țeavă de plastic Ø150-250 mm ca miez, înfășurați circuite de casă cu două țevi și aduceți capetele în direcțiile corecte, așa cum se face mai jos în videoclip.
3. Așezați și fixați ambele schimbătoare de căldură cu carcasă și tub în locul radiatorului standard, lipiți tuburile de cupru la bornele corespunzătoare. Este mai bine să conectați un schimbător de căldură-condensator „fierbinte” la porturile de serviciu.
   
4. Instalați din fabrică senzori care măsoară temperatura lichidului de răcire. Izolați secțiunile goale ale tuburilor și dispozitivele de schimb de căldură în sine.
5. Puneți termometre și manometre pe conductele de apă.

Sfat. Dacă intenționați să instalați unitatea principală în aer liber, trebuie să luați măsuri pentru a preveni solidificarea uleiului în compresor. Achiziționați și instalați un kit de iarnă pentru încălzirea electrică a baghetei de ulei.

Pe forumurile tematice există o altă modalitate de a face un evaporator - un tub de cupru este înfășurat în spirală, apoi introdus într-un recipient închis (rezervor sau butoi). Opțiunea este destul de rezonabilă cu un număr mare de ture, atunci când schimbătorul de căldură calculat pur și simplu nu se potrivește în carcasa aparatului de aer condiționat.

Construirea conturului solului

În această etapă se efectuează lucrări de excavare simple, dar intensive în muncă și amplasarea sondelor în puțuri. Acesta din urmă se poate face manual sau prin invitarea unei mașini de găurit. Distanța dintre puțurile adiacente este de cel puțin 5 m. Ordin de lucru suplimentar:

1. Săpați un șanț puțin adânc între foraje pentru a așeza conductele de alimentare.
2. Puneți 2 bucle de țevi de polietilenă în fiecare gaură și umpleți găurile cu beton.
3. Aduceți liniile la punctul de conectare și montați un colector comun folosind fitinguri HDPE.
4. Izolați conductele așezate în pământ și umpleți-le cu pământ.

În stânga din fotografie se coboară sonda într-o țeavă de carcasă de plastic, în dreapta se așează conexiunile în șanț

Punct important. Înainte de betonare și umplere, asigurați-vă că ați verificat etanșeitatea circuitului. De exemplu, conectați un compresor de aer la colector, pompați o presiune de 3-4 bari și lăsați timp de câteva ore.

Când conectați autostrăzi, urmați diagrama prezentată mai jos. Îndoirile cu robinete vor fi necesare la umplerea sistemului cu saramură sau etilenglicol. Conduceți cele două conducte principale de la colector la pompa de căldură și conectați-le la schimbătorul de căldură „rece” al evaporatorului.

Orificiile de aerisire trebuie instalate în punctele cele mai înalte ale ambelor circuite de apă; acestea nu sunt prezentate în diagramă.

Nu uitați să instalați o unitate de pompă responsabilă cu circulația lichidului, direcția de curgere este spre freonul din evaporator. Mediile care trec prin condensator și evaporator trebuie să se deplaseze unul spre celălalt. Cum să umpleți corect liniile laterale reci, urmăriți videoclipul:

În mod similar, condensatorul este conectat la sistemul de încălzire prin pardoseală a casei. O unitate de amestecare cu o supapă cu trei căi nu trebuie instalată din cauza temperaturii scăzute de alimentare. Dacă trebuie să combinați transformatorul cu alte surse de căldură (colectori solari, cazane), utilizați mai multe terminale.

Alimentarea cu combustibil și pornirea sistemului

După instalarea și conectarea unității la rețeaua electrică, începe o etapă importantă - umplerea sistemului cu agent frigorific. O capcană vă așteaptă aici: nu știți cât freon trebuie să încărcați, deoarece volumul circuitului principal a crescut semnificativ datorită instalării unui condensator de casă cu un evaporator.

Problema este rezolvată prin metoda de umplere bazată pe presiunea și temperatura de supraîncălzire a agentului frigorific, măsurată la admisia compresorului (freonul este furnizat acolo în stare gazoasă). Instrucțiuni detaliate pentru completarea metodei de măsurare a temperaturii sunt prezentate în.

A doua parte a videoclipului descrie cum se umple sistemul cu freon R22 pe baza presiunii și a temperaturii de supraîncălzire a agentului frigorific:

După finalizarea realimentării, porniți ambele pompe de circulație la prima turație și porniți compresorul. Monitorizați temperatura saramurii și a lichidului de răcire intern folosind termometre. În timpul etapei de încălzire, liniile cu agent frigorific se pot îngheța, iar ulterior înghețul ar trebui să se topească.

Concluzie

Realizarea și funcționarea unei pompe de căldură geotermală cu propriile mâini este foarte dificilă. Probabil că va necesita îmbunătățiri repetate, remedieri de erori și ajustări. De regulă, majoritatea problemelor cu pompele de căldură de casă apar din cauza asamblarii sau umplerii necorespunzătoare a circuitului principal de schimb de căldură. Dacă unitatea eșuează imediat (sistemul automat de siguranță s-a declanșat) sau nu încălzește lichidul de răcire, merită să apelați un tehnician al echipamentelor frigorifice - acesta va efectua diagnostice și va indica orice greșeli făcute.

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, au apărut unități frigorifice puternice care puteau pompa de cel puțin două ori mai multă căldură decât energia necesară pentru a le funcționa. A fost un șoc, pentru că formal s-a dovedit că o mașină termică cu mișcare perpetuă era posibilă! Cu toate acestea, la o examinare mai atentă, s-a dovedit că mișcarea perpetuă este încă departe, iar căldura de calitate scăzută produsă cu ajutorul unei pompe de căldură și căldura de calitate superioară obținută, de exemplu, prin arderea combustibilului sunt două diferențe mari. Adevărat, formularea corespunzătoare a celui de-al doilea principiu a fost oarecum modificată. Deci, ce sunt pompele de căldură? Pe scurt, o pompă de căldură este un aparat modern și de înaltă tehnologie pentru încălzire și aer condiționat. Pompa de caldura colectează căldura de pe stradă sau de pe sol și o direcționează în casă.

Principiul de funcționare al pompei de căldură

Principiul de funcționare al pompei de căldură este simplu: datorită lucrului mecanic sau a altor tipuri de energie, asigură concentrarea căldurii, în prealabil distribuită uniform pe un anumit volum, într-o parte a acestui volum. În cealaltă parte, în consecință, se formează un deficit de căldură, adică frig.

Din punct de vedere istoric, pompele de căldură au început să fie utilizate pe scară largă ca frigidere - în esență, orice frigider este o pompă de căldură care pompează căldura din camera frigorifică spre exterior (în cameră sau în exterior). Nu există încă o alternativă la aceste dispozitive și, cu toată varietatea tehnologiei moderne de refrigerare, principiul de bază rămâne același: pomparea căldurii din camera frigorifică folosind energie externă suplimentară.

Desigur, aproape imediat au observat că încălzirea vizibilă a schimbătorului de căldură a condensatorului (într-un frigider de uz casnic este de obicei realizată sub forma unui panou negru sau grătar pe peretele din spate al dulapului) poate fi folosită și pentru încălzire. Aceasta a fost deja ideea unui încălzitor bazat pe o pompă de căldură în forma sa modernă - un frigider în sens invers, atunci când căldura este pompată într-un volum închis (cameră) dintr-un volum exterior nelimitat (de pe stradă). Cu toate acestea, în acest domeniu, pompa de căldură are o mulțime de concurenți - de la sobe și șeminee tradiționale pe lemne până la tot felul de sisteme moderne de încălzire. Prin urmare, timp de mulți ani, deși combustibilul a fost relativ ieftin, această idee a fost privită ca doar o curiozitate - în cele mai multe cazuri era absolut neprofitabilă din punct de vedere economic și doar extrem de rar o astfel de utilizare a fost justificată - de obicei pentru a recupera căldura pompată de o refrigerare puternică. unitati in tari cu clima nu prea rece. Și numai odată cu creșterea rapidă a prețurilor la energie, complicația și creșterea prețului echipamentelor de încălzire și reducerea relativă a costului de producție a pompelor de căldură în acest context, o astfel de idee devine profitabilă din punct de vedere economic în sine - la urma urmei, după ce a plătit o dată pentru o instalare destul de complexă și costisitoare, atunci va fi posibil să economisiți constant la un consum redus de combustibil. Pompele de căldură stau la baza ideilor din ce în ce mai populare de cogenerare - producția simultană de căldură și frig - și trigenerare - producerea de căldură, frig și electricitate simultan.

Deoarece pompa de căldură este esența oricărei unități frigorifice, putem spune că conceptul de „mașină de refrigerare” este pseudonimul său. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că, în ciuda universalității principiilor de funcționare utilizate, design-urile mașinilor frigorifice sunt încă concentrate în mod special pe producerea de frig, nu de căldură - de exemplu, frigul generat este concentrat într-un singur loc, iar căldura rezultată. poate fi disipat în mai multe părți diferite ale instalației, deoarece într-un frigider obișnuit sarcina nu este de a utiliza această căldură, ci pur și simplu de a scăpa de ea.

Clase pompe de căldură

În prezent, două clase de pompe de căldură sunt cele mai utilizate pe scară largă. O clasă le include pe cele termoelectrice folosind efectul Peltier, iar cealaltă le include pe cele evaporative, care la rândul lor sunt împărțite în compresoare mecanice (piston sau turbină) și absorbție (difuzie). În plus, interesul pentru utilizarea tuburilor vortex, în care funcționează efectul Ranque, deoarece pompele de căldură crește treptat.

Pompe de căldură bazate pe efectul Peltier

Element Peltier

Efectul Peltier este că atunci când o tensiune constantă mică este aplicată pe două părți ale unei plăci semiconductoare special pregătite, o parte a acestei plăci se încălzește și cealaltă se răcește. Deci, practic, pompa de căldură termoelectrică este gata!

Esența fizică a efectului este următoarea. O placă de element Peltier (cunoscută și ca „element termoelectric”, în engleză Thermoelectric Cooler, TEC) constă din două straturi de semiconductor cu niveluri diferite de energie a electronilor în banda de conducție. Când un electron se deplasează sub influența unei tensiuni externe către o bandă de conducție de energie mai mare a altui semiconductor, acesta trebuie să dobândească energie. Când primește această energie, punctul de contact dintre semiconductori se răcește (când curentul curge în direcția opusă, are loc efectul opus - punctul de contact dintre straturi se încălzește în plus față de încălzirea ohmică obișnuită).

Avantajele elementelor Peltier

Avantajul elementelor Peltier este simplitatea maximă a designului lor (ce poate fi mai simplu decât o placă la care sunt lipite două fire?) și absența completă a oricăror părți în mișcare, precum și a fluxurilor interne de lichide sau gaze. Consecința acestui lucru este o funcționare absolut silențioasă, compactitate, indiferență totală față de orientarea în spațiu (cu condiția să fie asigurată o disipare suficientă a căldurii) și rezistență foarte mare la vibrații și șocuri. Iar tensiunea de funcționare este de doar câțiva volți, așa că câteva baterii sau o baterie de mașină sunt suficiente pentru funcționare.

Dezavantajele elementelor Peltier

Principalul dezavantaj al elementelor termoelectrice este randamentul lor relativ scăzut - aproximativ putem presupune că per unitate de căldură pompată vor necesita de două ori mai multă energie externă furnizată. Adică, furnizând 1 J de energie electrică, putem elimina doar 0,5 J de căldură din zona răcită. Este clar că toți cei 1,5 J în total vor fi eliberați pe partea „caldă” a elementului Peltier și vor trebui deviați către mediul extern. Aceasta este de multe ori mai mică decât eficiența pompelor de căldură prin evaporare prin compresie.

Pe fondul unei astfel de eficiențe scăzute, dezavantajele rămase nu sunt de obicei atât de importante - și aceasta este o productivitate specifică scăzută combinată cu un cost specific ridicat.

Utilizarea elementelor Peltier

În conformitate cu caracteristicile lor, principala zonă de aplicare a elementelor Peltier este în prezent limitată la cazurile în care este necesar să se răcească ceva nu foarte puternic, mai ales în condiții de vibrații și vibrații puternice și cu restricții stricte de greutate și dimensiuni, - de exemplu, diverse componente și părți ale echipamentelor electronice, în primul rând echipamente militare, aviatice și spațiale. Poate că cea mai răspândită utilizare a elementelor Peltier în viața de zi cu zi este în frigiderele portabile pentru mașini cu putere redusă (5..30 W).

Pompe de căldură cu compresie evaporativă

Diagrama ciclului de funcționare a unei pompe de căldură cu compresie evaporativă

Principiul de funcționare al acestei clase de pompe de căldură este după cum urmează. Agentul frigorific gazos (total sau parțial) este comprimat de un compresor la o presiune la care se poate transforma într-un lichid. Desigur, acest lucru se încălzește. Agentul frigorific comprimat încălzit este furnizat radiatorului condensatorului, unde este răcit la temperatura ambiantă, eliberând căldura în exces. Aceasta este zona de încălzire (peretele din spate al frigiderului de bucătărie). Dacă la intrarea în condensator o parte semnificativă a agentului frigorific comprimat fierbinte a rămas în continuare sub formă de vapori, atunci când temperatura scade în timpul schimbului de căldură, se condensează și se transformă în stare lichidă. Refrigerantul lichid relativ răcit este furnizat în camera de expansiune, unde, trecând printr-un clapete de accelerație sau un expandor, își pierde presiunea, se dilată și se evaporă, transformându-se cel puțin parțial în formă gazoasă și, în consecință, este răcit - semnificativ sub temperatura mediului ambiant și chiar sub temperatura din zona de răcire a pompei de căldură. Trecând prin canalele panoului evaporatorului, amestecul rece de lichid de răcire și vapori elimină căldura din zona de răcire. Datorită acestei călduri, partea lichidă rămasă a agentului frigorific continuă să se evapore, menținând o temperatură constant scăzută a evaporatorului și asigurând o îndepărtare eficientă a căldurii. După aceasta, agentul frigorific sub formă de vapori ajunge la admisia compresorului, care îl pompează și îl comprimă din nou. Apoi totul se repetă din nou.

Astfel, în secțiunea „fierbinte” a compresorului-condensator-clapet, agentul frigorific este sub presiune ridicată și în principal în stare lichidă, iar în secțiunea „rece” a clapetei-evaporator-compresor, presiunea este scăzută și agentul frigorific este în principal în stare de vapori. Atât compresia, cât și vidul sunt create de același compresor. Pe partea opusă a conductei de compresor, zonele de înaltă și joasă presiune sunt separate printr-o clapetă care limitează debitul de agent frigorific.

Frigiderele industriale puternice folosesc amoniac toxic, dar eficient ca agent frigorific, turbocompresoare puternice și uneori expansoare. În frigiderele și aparatele de aer condiționat de uz casnic, agentul frigorific este de obicei freoni mai siguri, iar în loc de unități turbo se folosesc compresoare cu piston și „tuburi capilare” (choke).

În cazul general, nu este necesară o modificare a stării de agregare a agentului frigorific - principiul va funcționa pentru un agent frigorific gazos constant - cu toate acestea, căldura mare de schimbare a stării de agregare crește foarte mult eficiența ciclului de funcționare. Dar dacă agentul frigorific este în formă lichidă tot timpul, nu va exista niciun efect fundamental - la urma urmei, lichidul este practic incompresibil și, prin urmare, nici creșterea, nici eliminarea presiunii nu va schimba temperatura.

Sufocatoare și expansoare

Termenii „accelerare” și „expander” care sunt folosiți în mod repetat pe această pagină înseamnă, de obicei, puțin pentru oamenii care sunt departe de tehnologia de refrigerare. Prin urmare, ar trebui spuse câteva cuvinte despre aceste dispozitive și principala diferență dintre ele.

În tehnologie, accelerația este un dispozitiv conceput pentru a normaliza fluxul prin limitarea forțată a acestuia. În inginerie electrică, acest nume este atribuit bobinelor concepute pentru a limita rata de creștere a curentului și utilizate de obicei pentru a proteja circuitele electrice de zgomotul de impuls. În hidraulic, clapetele sunt de obicei numite limitatoare de debit, care sunt îngustări special create ale canalului cu un joc precis calculat (calibrat) care asigură debitul dorit sau rezistența necesară la curgere. Un exemplu clasic de astfel de șocuri sunt jeturile, care au fost utilizate pe scară largă în motoarele cu carburator pentru a asigura debitul calculat de benzină în timpul preparării amestecului de combustibil. Supapa de accelerație din aceleași carburatoare a normalizat fluxul de aer - al doilea ingredient necesar al acestui amestec.

În ingineria frigorifică, o clapă de accelerație este utilizată pentru a restricționa fluxul de agent frigorific în camera de expansiune și pentru a menține acolo condițiile necesare pentru o evaporare eficientă și expansiune adiabatică. Un debit prea mare poate duce, în general, la umplerea camerei de expansiune cu agent frigorific (compresorul pur și simplu nu va avea timp să-l pompeze) sau, cel puțin, la pierderea vidului necesar acolo. Dar evaporarea agentului frigorific lichid și expansiunea adiabatică a vaporilor acestuia asigură scăderea temperaturii agentului frigorific sub temperatura ambiantă necesară funcționării frigiderului.

Principiile de funcționare ale clapetei de accelerație (stânga), expansoare de piston (centru) și turboexpandator (stânga).

În expandor, camera de expansiune este oarecum modernizată. În acesta, agentul frigorific care se evaporă și se extinde efectuează în plus un lucru mecanic, deplasând pistonul situat acolo sau rotind turbina. În acest caz, debitul de agent frigorific poate fi limitat datorită rezistenței pistonului sau roții turbinei, deși, în realitate, acest lucru necesită de obicei o selecție și coordonare foarte atentă a tuturor parametrilor sistemului. Prin urmare, atunci când se utilizează expansoare, raționalizarea debitului principal poate fi efectuată printr-o clapete de accelerație (îngustarea calibrată a canalului de alimentare cu agent frigorific lichid).

Un turboexpansor este eficient numai la debite mari ale fluidului de lucru; la debite mici, eficiența sa este apropiată de reglarea convențională. Un expansor cu piston poate funcționa eficient cu un debit mult mai mic al fluidului de lucru, dar designul său este un ordin de mărime mai complex decât o turbină: pe lângă pistonul însuși, cu toate ghidajele necesare, etanșările și sistemul de retur, admisia și sunt necesare supape de evacuare cu control adecvat.

Avantajul unui expander față de un accelerator este o răcire mai eficientă datorită faptului că o parte din energia termică a agentului frigorific este transformată în lucru mecanic și în această formă este eliminată din ciclul termic. Mai mult decât atât, această muncă poate fi folosită, de exemplu, pentru a conduce pompe și compresoare, așa cum se face în frigiderul Zysin. Dar o simplă accelerație are un design absolut primitiv și nu conține o singură piesă mobilă și, prin urmare, în ceea ce privește fiabilitatea, durabilitatea, precum și simplitatea și costul de producție, lasă expansorul mult în urmă. Tocmai aceste motive limitează de obicei domeniul de utilizare a expansoarelor la echipamente criogenice puternice, iar în frigiderele de uz casnic se folosesc sufocare mai puțin eficiente, dar practic eterne, numite acolo „tuburi capilare” și reprezentând un simplu tub de cupru de lungime suficient de lungă cu o spațiu liber de diametru mic (de obicei de la 0,6 la 2 mm), care asigură rezistența hidraulică necesară pentru debitul de agent frigorific calculat.

Avantajele pompelor de căldură cu compresie

Principalul avantaj al acestui tip de pompă de căldură este randamentul său ridicat, cel mai mare dintre pompele de căldură moderne. Raportul dintre energia furnizată extern și energia pompată poate ajunge la 1:3 - adică pentru fiecare joule de energie furnizat, 3 J de căldură vor fi pompați din zona de răcire - comparativ cu 0,5 J pentru elementele Pelte! În acest caz, compresorul poate sta separat, iar căldura pe care o generează (1 J) nu trebuie să fie îndepărtată în mediul extern în același loc în care se eliberează 3 J de căldură, pompată din zona de răcire.

Apropo, există o teorie a fenomenelor termodinamice care diferă de cea general acceptată, dar este foarte interesantă și convingătoare. Deci, una dintre concluziile sale este că munca de comprimare a unui gaz, în principiu, poate reprezenta doar aproximativ 30% din energia sa totală. Aceasta înseamnă că raportul dintre energia furnizată și pompată de 1:3 corespunde limitei teoretice și nu poate fi îmbunătățit în principiu folosind metode termodinamice de pompare a căldurii. Cu toate acestea, unii producători susțin deja că ating un raport de 1:5 și chiar 1:6 și acest lucru este adevărat - la urma urmei, în ciclurile reale de refrigerare, nu se folosește doar compresia agentului frigorific gazos, ci și o schimbare a acestuia. starea de agregare, iar cel din urmă proces este cel principal.. .

Dezavantajele pompelor de căldură cu compresie

Dezavantajele acestor pompe de căldură includ, în primul rând, însăși prezența unui compresor, care în mod inevitabil creează zgomot și este supus uzurii și, în al doilea rând, necesitatea de a utiliza un agent frigorific special și de a menține etanșeitatea absolută de-a lungul întregului său traseu de funcționare. Cu toate acestea, frigiderele cu compresie de uz casnic care funcționează continuu timp de 20 de ani sau mai mult fără nicio reparație nu sunt deloc neobișnuite. O altă caracteristică este o sensibilitate destul de mare la poziție în spațiu. Pe partea sa sau cu susul în jos, atât frigiderul, cât și aparatul de aer condiționat este puțin probabil să funcționeze. Dar acest lucru se datorează caracteristicilor modelelor specifice și nu principiului general de funcționare.

De regulă, pompele de căldură cu compresie și unitățile de refrigerare sunt proiectate cu așteptarea ca tot agentul frigorific de la admisia compresorului să fie în stare de vapori. Prin urmare, dacă o cantitate mare de agent frigorific lichid neevaporat intră în admisia compresorului, aceasta poate provoca șocuri hidraulice și, ca urmare, deteriorarea gravă a unității. Motivul pentru această situație poate fi fie uzura echipamentului, fie o temperatură prea scăzută a condensatorului - agentul frigorific care intră în evaporator este prea rece și se evaporă prea lent. Pentru un frigider obișnuit, această situație poate apărea dacă încercați să îl porniți într-o cameră foarte rece (de exemplu, la o temperatură de aproximativ 0°C și mai jos) sau dacă tocmai a fost adus într-o cameră normală din frig. . Pentru o pompă de căldură prin compresie care funcționează pentru încălzire, acest lucru se poate întâmpla dacă încercați să încălziți o cameră înghețată cu ea, deși afară este și frig. Soluțiile tehnice nu foarte complexe elimină acest pericol, dar cresc costul proiectării, iar în timpul funcționării normale a aparatelor de uz casnic produse în masă nu este nevoie de ele - astfel de situații nu apar.

Utilizarea pompelor de căldură prin compresie

Datorită eficienței sale ridicate, acest tip particular de pompă de căldură a devenit aproape universal răspândit, înlocuind pe toate celelalte în diverse aplicații exotice. Și chiar și complexitatea relativă a designului și sensibilitatea acestuia la deteriorare nu pot limita utilizarea lor pe scară largă - aproape fiecare bucătărie are un frigider sau congelator cu compresie, sau chiar mai mult de unul!

Pompe de căldură cu absorbție evaporativă (difuzie).

Ciclul de funcționare al evaporatorului pompe de caldura cu absorbtie este foarte asemănător cu ciclul de funcționare al unităților de compresie evaporativă discutat mai sus. Principala diferență este că, dacă în cazul anterior vidul necesar pentru evaporarea agentului frigorific este creat prin aspirarea mecanică a vaporilor de către un compresor, atunci în unitățile de absorbție agentul frigorific evaporat curge din evaporator în blocul absorbant, unde este absorbit ( absorbit) de o altă substanță - absorbantul. Astfel, aburul este îndepărtat din volumul evaporatorului și acolo este restabilit vidul, asigurând evaporarea unor noi porțiuni de agent frigorific. O condiție necesară este o astfel de „afinitate” între agent frigorific și absorbant, astfel încât forțele lor de legare în timpul absorbției să poată crea un vid semnificativ în volumul evaporatorului. Din punct de vedere istoric, prima pereche de substanțe și încă folosită pe scară largă este amoniacul NH3 (refrigerant) și apa (absorbant). Când sunt absorbiți, vaporii de amoniac se dizolvă în apă, pătrunzând (difuzând) în grosimea sa. Din acest proces au venit denumirile alternative ale unor astfel de pompe de căldură - difuzie sau absorbție-difuzie.
Pentru a resepara agentul frigorific (amoniac) și absorbantul (apa), amestecul uzat de apă și amoniac bogat în amoniac este încălzit în desorbitor printr-o sursă externă de energie termică până la fierbere, apoi oarecum răcit. Apa se condensează mai întâi, dar la temperaturi ridicate imediat după condensare, poate reține foarte puțin amoniac, astfel încât cea mai mare parte a amoniacului rămâne sub formă de vapori. Aici, fracția lichidă sub presiune (apă) și fracția gazoasă (amoniac) sunt separate și răcite separat la temperatura ambiantă. Apa răcită cu un conținut scăzut de amoniac este trimisă către absorbant, iar atunci când este răcită în condensator, amoniacul devine lichid și intră în evaporator. Acolo, presiunea scade și amoniacul se evaporă, răcind din nou vaporizatorul și preluând căldură din exterior. Apoi vaporii de amoniac sunt recombinați cu apă, eliminând excesul de vapori de amoniac din evaporator și menținând o presiune scăzută acolo. Soluția îmbogățită cu amoniac este trimisă din nou la desorbitor pentru separare. În principiu, pentru desorbția amoniacului nu este necesar să fierbeți soluția; este suficient să o încălziți pur și simplu aproape de punctul de fierbere, iar amoniacul „extra” se va evapora din apă. Dar fierberea permite ca separarea să fie efectuată cel mai rapid și eficient. Calitatea unei astfel de separări este condiția principală care determină vidul în evaporator și, prin urmare, eficiența unității de absorbție, iar multe trucuri în proiectare vizează tocmai acest lucru. Ca urmare, în ceea ce privește organizarea și numărul de etape ale ciclului de funcționare, pompele de căldură cu absorbție-difuzie sunt poate cele mai complexe dintre toate tipurile comune de echipamente similare.

„Cel mai important” al principiului de funcționare este că folosește încălzirea fluidului de lucru (până la fierbere) pentru a produce frig. În acest caz, tipul sursei de încălzire nu este important - poate fi chiar un foc deschis (flacără arzător), deci nu este necesară utilizarea energiei electrice. Pentru a crea diferența de presiune necesară care provoacă mișcarea fluidului de lucru, se pot folosi uneori pompe mecanice (de obicei, în instalații puternice, cu volume mari de fluid de lucru), și uneori, în special în frigiderele de uz casnic, elemente fără piese în mișcare (termosifoane). .

Unitate frigorifică cu absorbție-difuzie (ADHA) a frigiderului Morozko-ZM. 1 - schimbător de căldură; 2 - colectarea solutiei; 3 - baterie cu hidrogen; 4 - absorbant; 5 - schimbator de caldura cu gaz regenerativ; 6 - condensator de reflux („deshidrator”); 7 - condensator; 8 - evaporator; 9 - generator; 10 - termosifon; 11 - regenerator; 12 - tuburi de solutie slaba; 13 - conducta de abur; 14 - incalzitor electric; 15 - izolație termică.

Primele mașini frigorifice cu absorbție (ABRM) care utilizează un amestec amoniac-apă au apărut în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Nu au fost utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi din cauza toxicității amoniacului, dar au fost foarte utilizate în industrie, oferind răcire până la –45°C. În ABCM-urile cu o singură etapă, teoretic, capacitatea maximă de răcire este egală cu cantitatea de căldură cheltuită pentru încălzire (în realitate, desigur, este vizibil mai mică). Acest fapt a întărit încrederea apărătorilor însăși formulării celei de-a doua legi a termodinamicii, despre care a fost discutată la începutul acestei pagini. Cu toate acestea, pompele de căldură cu absorbție au depășit acum această limitare. În anii 1950 au apărut ABHM-uri cu bromură de litiu mai eficiente în două etape (două condensatoare sau două absorbante) (refrigerant - apă, absorbant - bromură de litiu LiBr). Variantele ABHM în trei etape au fost brevetate în 1985-1993. Prototipurile lor sunt cu 30–50% mai eficiente decât cele în două etape și sunt mai apropiate de modelele de unități de compresie produse în serie.

Avantajele pompelor de căldură cu absorbție

Principalul avantaj al pompelor de căldură cu absorbție este capacitatea de a utiliza nu numai energie electrică scumpă pentru funcționarea lor, ci și orice sursă de căldură cu temperatură și putere suficientă - supraîncălzit sau abur rezidual, flacăra de gaz, benzină și orice alte arzătoare - chiar și gazele de eșapament. și energie solară gratuită.

Al doilea avantaj al acestor unități, deosebit de valoros în aplicațiile domestice, este capacitatea de a crea structuri care nu conțin piese în mișcare și, prin urmare, sunt practic silențioase (în modelele sovietice de acest tip, uneori se putea auzi un gârâit liniștit sau un șuierat ușor. , dar, desigur, acest lucru nu se potrivește niciunei Cum se compară cu zgomotul unui compresor în funcțiune?

În cele din urmă, la modelele de uz casnic, fluidul de lucru (de obicei un amestec de apă-amoniac cu adaos de hidrogen sau heliu) în volumele utilizate nu prezintă un mare pericol pentru alții, chiar și în cazul unei depresurizări de urgență a piesei de lucru ( aceasta este însoțită de o miros foarte neplăcută, deci este imposibil de observat că o scurgere puternică este imposibilă, iar camera cu unitatea de urgență va trebui lăsată și ventilată „automat”; concentrațiile ultra-scăzute de amoniac sunt naturale și absolut inofensive ). În instalațiile industriale, volumul de amoniac este mare, iar concentrația de amoniac în timpul scurgerilor poate fi letală, dar în orice caz, amoniacul este considerat ecologic - se crede că, spre deosebire de freoni, nu distruge stratul de ozon și nu distruge. provoacă un efect de seră.

Dezavantajele pompelor de căldură cu absorbție

Principalul dezavantaj al acestui tip de pompe de căldură- eficienta mai mica fata de cele de compresie.

Al doilea dezavantaj este complexitatea designului unității în sine și sarcina de coroziune destul de mare a fluidului de lucru, fie necesitând utilizarea de materiale costisitoare și dificil de prelucrat rezistente la coroziune, fie reducând durata de viață a unității la 5. .7 ani. Ca urmare, costul hardware-ului este vizibil mai mare decât cel al unităților de compresie cu aceeași performanță (în primul rând, acest lucru se aplică unităților industriale puternice).

În al treilea rând, multe modele sunt foarte critice pentru plasarea în timpul instalării - în special, unele modele de frigidere de uz casnic necesitau instalarea strict orizontală și refuzau să funcționeze chiar dacă deviau cu câteva grade. Utilizarea mișcării forțate a fluidului de lucru folosind pompe ameliorează în mare măsură gravitatea acestei probleme, dar ridicarea cu un termosifon silențios și scurgerea gravitațională necesită o aliniere foarte atentă a unității.

Spre deosebire de mașinile de compresie, mașinile de absorbție nu se tem atât de temperaturi prea scăzute - eficiența lor este pur și simplu redusă. Dar nu degeaba am plasat acest paragraf în secțiunea dezavantaje, pentru că asta nu înseamnă că pot funcționa la frig puternic - la frig, o soluție apoasă de amoniac va îngheța pur și simplu, spre deosebire de freonii folosiți la mașinile de compresie, congelarea. din care punct este de obicei sub –100°C. Adevărat, dacă gheața nu sparge nimic, atunci după dezghețare unitatea de absorbție va continua să funcționeze, chiar dacă nu a fost deconectată de la rețea în tot acest timp - la urma urmei, nu are pompe și compresoare mecanice, iar încălzirea puterea în modelele de uz casnic este suficient de mică pentru fierbere în zona în care încălzitorul nu a devenit prea intens. Totuși, toate acestea depind de caracteristicile specifice de design...

Utilizarea pompelor de căldură cu absorbție

În ciuda eficienței ceva mai scăzute și a costului relativ mai mare în comparație cu unitățile de compresie, utilizarea motoarelor termice cu absorbție este absolut justificată acolo unde nu există energie electrică sau unde există volume mari de căldură reziduală (abur rezidual, gaze de evacuare fierbinți sau de ardere etc. - până la încălzire presolar). În special, sunt produse modele speciale de frigidere alimentate cu arzătoare pe gaz, destinate automobiliştilor şi iahtiştilor.

În prezent, în Europa, cazanele pe gaz sunt uneori înlocuite cu pompe de căldură cu absorbție încălzite de un arzător cu gaz sau motorină - acestea permit nu numai utilizarea căldurii de ardere a combustibilului, ci și „pomparea” căldurii suplimentare de pe stradă sau din adâncurile pământului!

După cum arată experiența, opțiunile cu încălzire electrică sunt, de asemenea, destul de competitive în viața de zi cu zi, în primul rând în domeniul de putere scăzută - undeva de la 20 la 100 W. Puterile mai mici sunt domeniul elementelor termoelectrice, dar la puteri mai mari avantajele sistemelor de compresie sunt încă de netăgăduit. În special, printre mărcile sovietice și post-sovietice de frigidere de acest tip, „Morozko”, „Sever”, „Kristall”, „Kiev” au fost populare cu un volum tipic al camerei frigorifice de la 30 la 140 de litri, deși există sunt și modele cu 260 de litri (“Crystal-12”). Apropo, atunci când se evaluează consumul de energie, merită luat în considerare faptul că frigiderele cu compresie funcționează aproape întotdeauna pe termen scurt, în timp ce frigiderele cu absorbție sunt de obicei pornite pentru o perioadă mult mai lungă sau, în general, funcționează continuu. Prin urmare, chiar dacă puterea nominală a încălzitorului este mult mai mică decât puterea compresorului, raportul consumului mediu zilnic de energie poate fi complet diferit.

Pompe de căldură vortex

Pompe de căldură vortex Efectul Ranque este folosit pentru a separa aerul cald de cel rece. Esența efectului este că gazul, introdus tangenţial într-o țeavă cu viteză mare, se învârte și se separă în interiorul acestei țevi: gazul răcit poate fi luat din centrul țevii, iar gazul încălzit de la periferie. Același efect, deși într-o măsură mult mai mică, se aplică și lichidelor.

Avantajele pompelor de căldură vortex

Principalul avantaj al acestui tip de pompă de căldură este simplitatea designului și performanța ridicată. Tubul vortex nu conține piese în mișcare, iar acest lucru îi asigură fiabilitatea ridicată și durata de viață lungă. Vibrația și poziția în spațiu nu au practic niciun efect asupra funcționării acestuia.

Un flux puternic de aer previne bine înghețarea, iar eficiența tuburilor vortex depinde puțin de temperatura fluxului de intrare. Absența practică a restricțiilor fundamentale de temperatură asociate cu hipotermie, supraîncălzire sau înghețare a fluidului de lucru este, de asemenea, foarte importantă.

În unele cazuri, capacitatea de a obține o separare record de temperatură ridicată într-o singură etapă joacă un rol: în literatură, sunt date cifre de răcire de 200 ° sau mai mult. De obicei, o etapă răcește aerul cu 50..80°C.

Dezavantajele pompelor de căldură vortex

Din păcate, eficiența acestor dispozitive este în prezent semnificativ inferioară celei a unităților de compresie evaporativă. În plus, pentru o funcționare eficientă necesită un debit mare al fluidului de lucru. Eficiența maximă este observată la un debit de intrare egal cu 40..50% din viteza sunetului - un astfel de flux în sine creează mult zgomot și, în plus, necesită un compresor productiv și puternic - dispozitivul nu este, de asemenea, în niciun caz. liniștit și destul de capricios.

Lipsa unei teorii general acceptate a acestui fenomen, potrivită pentru utilizarea practică a ingineriei, face ca proiectarea unor astfel de unități să devină un exercițiu în mare măsură empiric, unde rezultatul depinde în mare măsură de noroc: „corect sau greșit”. Rezultate mai mult sau mai puțin fiabile se obțin doar prin reproducerea mostrelor deja create de succes, iar rezultatele încercărilor de a schimba semnificativ anumiți parametri nu sunt întotdeauna previzibile și uneori arată paradoxal.

Folosind pompe de căldură vortex

Cu toate acestea, utilizarea unor astfel de dispozitive este în prezent în expansiune. Ele sunt justificate în primul rând acolo unde există deja gaz sub presiune, precum și în diverse industrii periculoase de incendiu și explozie - la urma urmei, furnizarea unui flux de aer sub presiune într-o zonă periculoasă este adesea mult mai sigură și mai ieftină decât tragerea de cabluri electrice protejate acolo și instalarea motoarelor electrice într-un design special .

Limitele de eficiență ale pompei de căldură

De ce pompele de căldură încă nu sunt utilizate pe scară largă pentru încălzire (poate că singura clasă relativ comună de astfel de dispozitive sunt aparatele de aer condiționat cu invertoare)? Există mai multe motive pentru aceasta, iar pe lângă cele subiective asociate cu lipsa tradițiilor de încălzire care utilizează această tehnică, există și unele obiective, principalele fiind înghețarea radiatorului și un interval de temperatură relativ îngust pentru o funcționare eficientă.

În instalațiile vortex (în principal cu gaz), nu există de obicei probleme de suprarăcire și îngheț. Nu utilizează o modificare a stării agregate a fluidului de lucru, iar un flux puternic de aer îndeplinește funcțiile sistemului „No Frost”. Cu toate acestea, eficiența lor este mult mai mică decât cea a pompelor de căldură prin evaporare.

Hipotermie

În pompele de căldură prin evaporare, eficiența ridicată este asigurată prin schimbarea stării de agregare a fluidului de lucru - trecerea de la lichid la gaz și înapoi. În consecință, acest proces este posibil într-un interval de temperatură relativ îngust. La temperaturi prea ridicate, fluidul de lucru va rămâne mereu gazos, iar la temperaturi prea scăzute, se va evapora cu mare dificultate sau chiar se va îngheța. Ca urmare, atunci când temperatura depășește intervalul optim, tranziția de fază cea mai eficientă din punct de vedere energetic devine dificilă sau este complet exclusă din ciclul de funcționare, iar eficiența unității de compresie scade semnificativ, iar dacă agentul frigorific rămâne constant lichid, acesta nu va funcționa deloc.

Congelare

Extragerea căldurii din aer

Chiar dacă temperaturile tuturor unităților pompe de căldură rămân în intervalul necesar, în timpul funcționării unitatea de extracție a căldurii - evaporatorul - este întotdeauna acoperită cu picături de umiditate care se condensează din aerul înconjurător. Dar apa lichidă se scurge din ea singură, fără a interfera în mod special cu schimbul de căldură. Când temperatura evaporatorului devine prea scăzută, picăturile de condens îngheață, iar umiditatea nou condensată se transformă imediat în îngheț, care rămâne pe evaporator, formând treptat o „copertă” groasă de zăpadă - exact așa se întâmplă în congelatorul unui frigider obișnuit. . Ca urmare, eficiența schimbului de căldură este redusă semnificativ și atunci este necesar să opriți funcționarea și să dezghețați evaporatorul. De regulă, în evaporatorul frigiderului temperatura scade cu 25..50°C, iar în aparatele de aer condiționat, datorită specificului lor, diferența de temperatură este mai mică - 10..15° C. Știind acest lucru, devine clar de ce majoritatea aparatele de aer condiționat nu pot fi reglate la o temperatură mai scăzută +13..+17°С - acest prag este stabilit de proiectanții lor pentru a evita înghețarea evaporatorului, deoarece modul său de dezghețare nu este de obicei furnizat. Acesta este și unul dintre motivele pentru care aproape toate aparatele de aer condiționat cu modul inverter nu funcționează nici măcar la temperaturi negative nu foarte ridicate - abia recent au început să apară modele care sunt proiectate să funcționeze la temperaturi de până la -25°C. În majoritatea cazurilor, deja la –5..–10°C, costurile energetice pentru dezghețare devin comparabile cu cantitatea de căldură pompată din stradă, iar pomparea căldurii din stradă se dovedește a fi ineficientă, mai ales dacă umiditatea din exterior. aerul este aproape de 100% - atunci radiatorul extern devine acoperit cu gheață deosebit de repede.

Extragerea căldurii din sol și apă

În acest sens, căldura din adâncurile pământului a fost recent considerată din ce în ce mai mult ca o sursă de „căldură rece” neînghețată pentru pompele de căldură. Asta nu înseamnă straturi încălzite ale scoarței terestre situate la mulți kilometri adâncime, sau chiar surse de apă geotermală (deși, dacă ai noroc și sunt în apropiere, ar fi o prostie să neglijezi un astfel de dar al sorții). Aceasta se referă la căldura „obișnuită” a straturilor de sol situate la o adâncime de 5 până la 50 de metri. După cum se știe, în zona de mijloc solul la astfel de adâncimi are o temperatură de aproximativ +5°C, care se schimbă foarte puțin pe parcursul anului. În zonele mai sudice, această temperatură poate ajunge la +10°C și mai mult. Astfel, diferența de temperatură dintre un confortabil +25°C și solul din jurul radiatorului este foarte stabilă și nu depășește 20°C, indiferent de înghețul de afară (de remarcat că de obicei temperatura la ieșire a căldurii pompa este de +50..+60°C, dar și o diferență de temperatură de 50°C este destul de în capacitatea pompelor de căldură, inclusiv frigiderele moderne de uz casnic, care pot furniza cu ușurință –18°C în congelator la temperaturi ale camerei peste + 30°C).

Cu toate acestea, dacă îngropați un schimbător de căldură compact, dar puternic, este puțin probabil să reușiți să obțineți efectul dorit. În esență, extractorul de căldură în acest caz acționează ca evaporator al congelatorului, iar dacă nu există un aflux puternic de căldură în locul în care se află (sursă geotermală sau râu subteran), acesta va îngheța rapid solul din jur, care se va termina. toate pompele de căldură. Soluția poate fi extragerea căldurii nu dintr-un punct, ci uniform dintr-un volum mare subteran, cu toate acestea, costul construirii unui extractor de căldură care acoperă mii de metri cubi de sol la o adâncime considerabilă va face, cel mai probabil, această soluție absolut neprofitabilă din punct de vedere economic. O opțiune mai puțin costisitoare este să forați mai multe puțuri la intervale de câțiva metri una de cealaltă, așa cum sa făcut în „casa activă” experimentală de lângă Moscova, dar nici aceasta nu este ieftină - oricine a făcut o fântână pentru apă poate estima independent costurile creării unui câmp geotermal de cel puțin o duzină de puțuri de 30 de metri. În plus, extracția constantă a căldurii, deși mai puțin puternică decât în ​​cazul unui schimbător de căldură compact, va reduce totuși temperatura solului din jurul extractoarelor de căldură față de cea originală. Acest lucru va duce la o scădere a eficienței pompei de căldură în timpul funcționării acesteia pe termen lung, iar perioada de stabilizare a temperaturii la un nou nivel poate dura câțiva ani, timp în care condițiile de extracție a căldurii se vor deteriora. Cu toate acestea, puteți încerca să compensați parțial pierderile de căldură din timpul iernii prin creșterea injecției acesteia la adâncime în căldura verii. Dar chiar și fără a lua în considerare costurile suplimentare de energie pentru această procedură, beneficiul de pe urma acesteia nu va fi prea mare - capacitatea de căldură a unui acumulator de căldură la sol de dimensiuni rezonabile este destul de limitată și, în mod clar, nu va fi suficientă pentru întreaga rusă. iarna, deși o astfel de furnizare de căldură este totuși mai bună decât nimic. În plus, nivelul, volumul și debitul apei subterane sunt de mare importanță aici - solul umezit abundent cu un debit de apă suficient de mare nu va permite realizarea de „rezerve pentru iarnă” - apa curgătoare va lua cu ea căldura pompată (chiar și o mișcare mică a apei subterane cu 1 metru pe zi în doar o săptămână va transporta căldura stocată în lateral cu 7 metri și va fi în afara zonei de lucru a schimbătorului de căldură). Adevărat, același debit de apă subterană va reduce gradul de răcire a solului iarna - porțiuni noi de apă vor aduce căldură nouă primită de la schimbătorul de căldură. Prin urmare, dacă în apropiere există un lac adânc, un iaz mare sau un râu care nu îngheață niciodată până la fund, atunci este mai bine să nu săpați solul, ci să plasați un schimbător de căldură relativ compact în rezervor - spre deosebire de solul staționar, chiar și într-un iaz sau lac stagnant, convecția apei libere poate oferi o alimentare mult mai eficientă cu căldură extractorului de căldură dintr-un volum semnificativ al rezervorului. Dar aici este necesar să vă asigurați că schimbătorul de căldură în niciun caz nu se răcește excesiv până la punctul de îngheț al apei și nu începe să înghețe gheața, deoarece diferența dintre transferul de căldură prin convecție în apă și transferul de căldură al unui strat de gheață este enormă ( în același timp, conductivitatea termică a solului înghețat și neînghețat nu este adesea atât de diferită și poate fi justificată o încercare de a folosi căldura enormă de cristalizare a apei în îndepărtarea căldurii solului în anumite condiții).

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură geotermale se bazează pe colectarea căldurii din sol sau apă și transferarea acesteia în sistemul de încălzire al clădirii. Pentru a colecta căldură, un lichid antigel curge printr-o conductă situată în sol sau în corpul de apă din apropierea clădirii către pompa de căldură. O pompă de căldură, ca un frigider, răcește un lichid (elimină căldura), iar lichidul este răcit cu aproximativ 5 °C. Lichidul curge din nou prin conductă în solul extern sau în apă, își restabilește temperatura și intră din nou în pompa de căldură. Căldura colectată de pompa de căldură este transferată la sistemul de încălzire și/sau la încălzirea apei calde.

Este posibilă extragerea căldurii din apa subterană - apa subterană cu o temperatură de aproximativ 10 °C este furnizată dintr-un puț către o pompă de căldură, care răcește apa la +1...+2 °C și returnează apa subterană. . Orice obiect cu o temperatură peste minus două sute șaptezeci și trei de grade Celsius are energie termică - așa-numitul „zero absolut”.

Adică, o pompă de căldură poate prelua căldură de la orice obiect - pământ, rezervor, gheață, rocă etc. Dacă, de exemplu, vara, o clădire trebuie răcită (condiționată), atunci are loc procesul invers - căldura este preluată din clădire și aruncată în pământ (rezervor). Aceeași pompă de căldură poate funcționa pentru încălzire iarna și pentru răcirea clădirii vara. Evident, o pompă de căldură poate încălzi apa pentru alimentarea cu apă caldă menajeră, aer condiționat prin ventiloconvector, poate încălzi o piscină, poate răci, de exemplu, un patinoar, încălzi acoperișuri și căi de gheață...
O singură piesă de echipament poate îndeplini toate funcțiile de încălzire și răcire a unei clădiri.