Soojuspump kodukütteks – tööpõhimõte, tüübid ja paigaldus

Soojuspump on seade soojusenergia ülekandmiseks allikast tarbijale.

Soojus kandub iseenesest kuumalt kehalt külmale. Pump kannab soojust vastassuunas.

Konstruktsioon koosneb kompressorist, soojuspaisuventiilist, aurustist ja kondensaatorist. Tüüpiline soojuspumba näide on konditsioneer.

Koduseks kasutamiseks sobiva pumba tüübi valimiseks on soovitatav uurida iga mudeli omadusi ja tööpõhimõtteid. Igal tüübil on ka piirangud, millega on oluline arvestada.

Soojuspumpade tööpõhimõte

Soojuspumbad on alles hakanud eramajades laialdaselt kasutusele võtma. Selle küttemeetodi üks peamisi eeliseid on on väike energiatarve, kuid suur soojuseraldusKlassifikatsioon põhineb soojusallikal.

Kodukütteseade töötab põhimõttel, et aine (külmutusagens) võib oleku muutuse ajal vabastada või neelata soojusenergiat. See põhimõte on külmkapi töö aluseks (seetõttu on seadme tagakülg kuum).

Soojuspump küttesüsteemis töötab järgmiselt:

1. Sissetulevat ainet jahutatakse aurustussektsioonis soojuskandjalt tuleva energia abil 5 kraadi võrra.
2. Jahutatud aine siseneb kompressorisse, mis selle töö tulemusena seda kokku surub ja soojendab.
3. Juba kuum gaas siseneb soojusvahetuskambrisse, kus see annab oma soojuse küttesüsteemile.
4. Kondenseerunud külmutusagens naaseb tsükli algusesse.

Samuti on olemas mudeleid, mis suudavad töötada vastupidises režiimis. See tähendab, et neid saab hoone jahutamiseks kasutada isegi suvel. Soojus suunatakse salvestusse ja seejärel kasutatakse külmematel kuudel kütmiseks.

Seade

Kodukütteks mõeldud soojuspump koosneb mitmest põhilisest vooluringi elemendist:

• jahutusvedelikuga vooluring, mis liigutab energiat soojusallikast;
• freooniga vooluring, mis perioodiliselt aurustub, võttes esimesest vooluringist soojusenergiat ja settib uuesti kondensaadina, kandes soojust kolmandasse;
• vooluring, milles ringleb vedelik, mis toimib soojuskandjana kütmiseks.

Soojuspumba seade

Soojuspumba kasutamine kodu kütmiseks on kulutõhus. See on nii, kuna seade ei vaja palju energiat (ja seetõttu ei tarbi see rohkem elektrit kui tavaline kodumasin), kuid toodab samas neli korda rohkem soojust kui tarbitav elekter.

Samuti pole vaja pumba ühendamiseks eraldi juhtmestikku luua.

Plussid ja miinused

Enne kui otsustate, kas kasutada soojuspumpa või mitte, peaksite tutvuma selle töö eeliste ja puudustega. Vaatame lähemalt soojuspumba kasutamise plusse ja miinuseid..

Soojuselektrijaamade kasutamine maailmas

Selliste kütteseadmete kasutamise praktika maailmas on olnud enam kui 50 aastatSelle nähtuse peamisteks liikumapanevateks jõududeks olid traditsiooniliste energiaressursside hinnatõus ja paljude riikide valitsuste laialdane toetus alternatiivsete energiaallikate kasutamisele.

Seetõttu kasvab soojuspumpade arv pidevalt kiiresti – kuni 10–30% aastas, vaatamata kõrgetele paigalduskuludele. Selliste seadmete arv on praegu üle 270.

Soojussüsteeme kasutatakse kõige laialdasemalt Ameerika Ühendriikides ja Kanadas, moodustades kuni poole kogu maailmas kasutatavatest paigaldistest.

Vaatamata soodsatele tingimustele soojuspumpade kasutamiseks, jääb Venemaa nende kasutamise osas globaalsetest trendidest maha. See on tõenäoliselt tingitud meie usust loodusvarade täielikku kättesaadavusse.

Siiski ei ole kõigil riigi asustatud aladel gaasitorustikke. Ülemaailmne kogemus soojuspumpadega näitab positiivseid suundumusi nende kasutamisel.

Soojuspumba arvutus

Nagu me eespool mainisime, on selliste pumpade madala potentsiaaliga soojusallikad enamasti järgmised keskkonnad:

1. Õhk välistingimustest, mille keskmine temperatuur on -15 kuni +25 kraadi.
2. Õhk tuleb köetavast ruumist, selle temperatuur on +15 - +25 kraadi.
3. Pinnasesondist tulev õhk kuumutati pluss 4–10 kraadini.
4. Geotermiliste formatsioonide õhk, mille temperatuur võib olla 10 kraadi või rohkem.
5. Jäätumatud veekogude põhjasondidest mõõdetud õhk temperatuuriga 0–10 kraadi, sealhulgas ettevõtete tööstusreoveekanalitesse paigaldatud sondides saadud õhk.

Arvutusmeetod

Igasugune termiline arvutus on keeruline protsess, mida saavad läbi viia ainult kvalifitseeritud spetsialistid. Siiski saab välja pakkuda lihtsustatud metoodika, mis on piisav tulemuse saamiseks, mis määrab konkreetse seadme mudeli valiku.

Arvutus taandub mitme sammu sooritamisele:

1. Hoone ümbritsevate elementide kaudu tekkivate soojuskadude hulga määramine – seinad, laed, pööningud, aknad, uksed jne. Seda saab saavutada järgmise seose abil:

Qок = S x (tвн – t нар) x (1 + ?b) xn : Rт, Kus

S – kõigi hoone välispiirete kogupindala, m²;

t вн – välistemperatuur, kraadid Celsiuse järgi;

t nar – õhutemperatuur välisruumis, kraadides Celsiuse järgi;

n on koefitsient, mis arvestab hoone konstruktsiooni; avatud hoonete puhul on see võrdne 1-ga; pööninguruumidega hoonete puhul rakendatakse seda väärtusega 0,9; keldris asuvate ruumide puhul võetakse see võrdseks 0,75-ga;

b – täiendava soojuskao koefitsient, olenevalt hoone tüübist ja asukohast Venemaa kliimavööndites, võib selle väärtus kõikuda vahemikus 0,05–0,27;

Rт on soojustakistus, mis tuleb lisaks arvutada järgmise valemi abil:

Rт = 1(, m²xC/W, kus

• ümbritsevate konstruktsioonimaterjalide soojusjuhtivuse arvutatud väärtused;
• sisepindade soojuse hajumise koefitsient;
• sama kehtib ka välispindade kohta.

Pärast esialgsete arvutuste tegemist määrame erinevate tegurite põhjal kogu soojuskaod:

Qт.pot = Qок + Qи - Qбл, Kus

Qbl – kodumasinate töötamisest ja inimtegevusest tulenev kogu soojusülekanne;

Qи – energiakulud hoone ümbruse lekete tõttu tekkivate soojuskadude kompenseerimiseks.

2. Saadud tulemuste põhjal saame arvutada aastase elektrienergia vajaduse. Selleks kasutame järgmist suhtarvu:

Qyear = 24x0,63 x Qt.pot x ((dx (tin-toutdoor) : (tin-tout)) (kW/tund) aastasKus:

• tvn - soovitud temperatuuri väärtus maja sisemuses;
• t nar – tegelik välistemperatuur;
• tнар.ср – piirkonna keskmine aastatemperatuur;
• d – kütteperioodi kestus päevades.

3. Soojuspumba täpsemaks mõistmiseks peate arvutama oma kodu küttesüsteemi vee soojendamiseks vajaliku soojusvõimsuse. Seda saab teha järgmise arvutusvalemi abil:

Qhor.v = V x 17 kW/ aastasKus:

V – 50-ni kuumutatud vee päevane tarbimismaht^O KOOS.

Selle tulemusel on kütte ja sooja vee vajaduse rahuldamiseks vajalikud energiakulud järgmised:

Q = Qaasta + Qgv (kW/tund aastas).

Soovitatav on saadud tulemust suurendada 10% võrra, võttes arvesse süsteemi intensiivsemat töötamist tippkoormuste ajal. Soojuspumba võimsuse esialgne arvutus kodukütteks võimaldab paigalduse täpset valikut.

Arvutuse tegemiseks võite kasutada spetsiaalset kalkulaatorit, neid on internetis külluses saadaval.

Soojuspumpade tüübid

Sõltuvalt kasutatavast soojusallikast on mitut tüüpi seadmeid. Koduküttepumba tööpõhimõte eeldab, et soojus ammutatakse allikatest, mis suudavad kõige paremini päikeseenergiat kogu hooaja vältel akumuleerida.

Müügil on järgmist tüüpi seadmeid:

• maapind (maa - vesi);
• õhk (õhk - õhk);
• õhk - vesi;
• vesi (vesi - vesi).

Vaatleme neid allpool üksikasjalikumalt.

Õhk - vesi

Kuidas pump töötab ÕHK-VESI Protsess hõlmab soojuspumbasüsteemi jahutusvedeliku soojendamist sooja õhuga. Ventilaator surub ümbritsevast keskkonnast sooja õhku süsteemi.

Õhk-vesi soojuspump

Seal reageerib see külmaainega, mis selle interaktsiooni tulemusel kuumeneb ja muutub gaasiks. Seejärel siseneb gaas kompressorisse, kus see rõhu all sisemisse kondensaatorisse surutakse, kandes oma soojuse vette.

Maa - vesi

Muld on kõige stabiilsem ja seetõttu populaarseim soojusallikas. 4–8 meetri sügavusel on temperatuur konstantselt 5–8 kraadi üle nulli ja 10 meetri sügavusel tõuseb see 10 kraadini. Soojusenergia kogumiseks on kaks peamist meetodit:

• horisontaalse kollektori kasutamine;
• vertikaalse geotermilise sondi abil.

Esimene tüüp koosneb horisontaalselt paigaldatud torude komplektist jahutusvedeliku transportimiseks. Paigaldussügavus tuleb iga juhtumi puhul eraldi arvutada, võttes arvesse maastikku, kliimat ja muid tegureid.

Mõnes olukorras on soovitatav torujuhe paigutada pinnase külmumissügavusele (1,4–1,8 m). 2,5–3,5 meetrit (kui on vaja vähendada temperatuuride erinevust ja saavutada suurem püsivus) või 1–1,3 meetrit (Sellel sügavusel soojeneb muld kevadel kiiremini.) Mõnikord paigaldatakse isegi spetsiaalne kahest kihist koosnev kollektor.

Seda tüüpi kollektor kasutab torusid ristlõikega 25, 32 või 40 mm. Neid saab paigaldada erinevates mustrites: spiraalselt, välgunoolena, looklevalt, silmusena jne. Lookleva mustri kasutamisel tuleks torude vahekaugus olla 0,6–1 meeter (kõige sagedamini 80 sentimeetrit).

Torujuhtme soojusülekande kiiruse arvutamiseks tuleb arvesse võtta pinnasetüüpi. Kuiva liiva või savi puhul on soojusülekande kiirus vastavalt 10 ja 20 W lineaarmeetri kohta; märja savi puhul on soojusülekande kiirus 25 W; ja kõrge niiskusesisaldusega savi puhul on soojusülekande kiirus 35 W.

Selle kollektoritüübi puuduseks on vajadus suure süsteemi järele. Kui köetava maja pindala on 100 ruutmeetrit ja pinnas koosneb märjast savist, siis vajab kollektorisüsteem 400 ruutmeetrit maad ehk umbes 500 ruutmeetrit.

Arvestades, et hooneid ja muid objekte ei saa pinnale paigutada (võib paigutada ainult üheaastaste taimedega muru), ei suuda kõik omanikud eraldada piisavalt vaba ruumi.

Sellisel juhul on sobivam lahendus vertikaalne sond. See koosneb soojusvahetist, mille torud maetakse maasse kuni 200 m sügavusele. Paigaldatavate sondide arv sõltub vajalikust küttevõimsusest.

Madalad puuraugud tuleks rajada umbes 5–8 meetri kaugusele teineteisest. Ühe toru puurimine 100–200 meetri sügavusele ei ole kulutõhus ning vaja on ka vastavate asutuste lube. Selle vältimiseks on soovitatav paigaldada mitu toru.

Seega on vertikaalsete konstruktsioonide ainus puudus sügavate kaevude puurimise kõrge hind.

Sellest hoolimata on sond populaarsem lahendus, kuna see tagab piisava efektiivsuse ilma igasuguste nõueteta saidi pindalale või muudele piiravatele teguritele.

Vesi on vesi

Teine populaarne soojusallikas kodukütteks on vesi. Selliseid süsteeme on kolme tüüpi, olenevalt vedeliku allikast:

• avatud veekogu põhja asetatud kollektor (see ei tohiks külmuda) – mered, jõed, järved;
• kanalisatsioonis asuv kollektor;
• kasutades kaevude vett või põhjavett.

Esimene võimalus hõlmab antifriisitorude paigutamist vee alla. Et need pinnale ei tõuseks, kinnitatakse need lisaraskustega. Jahutusvedeliku kõrge temperatuuri tõttu peetakse seda meetodit tõhusaks ja samas kulutõhusaks.

Negatiivne külg on see, et sellist ehitist saab ehitada ainult siis, kui tiik asub kinnistust mitte kaugemal kui 50 meetrit. Vastasel juhul on paigaldamine ja käitamine ebaökonoomne. Rannikualade elanike jaoks on aga vesi-vesisoojuspump optimaalne kodukütte lahendus.

Tööstusettevõtetest väljuva puhastatud reovee ja reovee abil saab kollektor kütta mitmekorruselisi hooneid ja tööstusrajatisi ning pakkuda sooja vett. Seda süsteemi kasutatakse harva eramajade kütmiseks, kuna need asuvad sageli tsentraalsest kanalisatsioonisüsteemist kaugel.

Kaevudest või põhjaveest vett koguvat kollektorit kasutatakse harvemini kui teist tüüpi kollektoreid. See on suuresti tingitud vajadusest ehitada kaks kaevu. Esimene kogub vedelikku, mis seejärel annab oma soojusenergia külmaainele üle, samas kui teine ​​saab jahutatud vett.

Mõnel juhul rajatakse puuraugu asemel imbkaev. Väljalaskekaev peaks asuma põhjavee tasemest allavoolu ja 20 meetri kaugusel algsest kaevust.

See süsteem on üsna keeruline paigaldada ja hooldadaPumba komponentide regulaarne jälgimine korrosiooni ja saastumise suhtes on oluline. Samuti on oluline jälgida sissetuleva vee kvaliteeti ja see kohe filtreerida.

Õhk - õhk

Õhk-vesi soojuspumpadel on teist tüüpi seadmete ees selge eelis. Soojuspump kasutab soojusallikana ainult õhku, mis välistab vajaduse puurida maapealseid kaeve või paigaldada veekollektoreid. Seetõttu on õhk-vesi soojuspumbad oluliselt odavamad.

Sellel tüübil on kõige lihtsam konstruktsioon ja tööpõhimõte. Õhk siseneb aurustisse, kus see kannab soojuse üle külmaainele. Seejärel kandub see soojus aurustist otse majas asuvasse soojuskandjasse. Seda tüüpi küttesüsteemi võivad esindada näiteks ventilatsioonikonvektorid (fan coil'id) või põrandaküttesüsteem.

Selle seadme paigalduskulud on võrreldes vee- või maapealsete süsteemidega suhteliselt madalad ning selle efektiivsus sõltub peamiselt õhutemperatuurist. Kui elate piirkonnas, kus on soojad talved (vähemalt 0°C), peetakse seda meetodit kõige kuluefektiivsemaks.

Kui temperatuur langeb alla -15 kraadi, ei suuda pump ruumi piisavalt kütta, seetõttu on sobivam kasutada ruumi elektri- või katlakütet.

Kui on oluline õhupumpa käitada külmade talvedega piirkondades, paigaldatakse täiendav varukütteallikas, mis ühendatakse tugevate külmade ajal.

Mõnel juhul on võimalik paigaldada ka õhusüsteem, kui kliima on kuiv ja temperatuur ei lange alla -15 kraadi.

Niisketes ja pakases tingimustes tekib seadme korpusele jääkiht, mis häirib seadme tööd ja võib põhjustada selle kiire rikke.

Hinnad ja tootjad

Seadmete ja nende paigalduse ligikaudne keskmine turuväärtus on:

Horisontaalne kollektor:

• Pump – 4500 dollarit;
• paigaldus - 2500 dollarit;
• tegevuskulud - 350 dollarit aastas.

Geotermiline sond:

• Pump – 4500 dollarit;
• paigaldus — 4500 dollarit;
• tegevuskulud - 320 dollarit aastas.

Õhk - koduseks kasutamiseks:

• Pump – 6500 dollarit;
• paigaldus — 400 dollarit;
• tegevuskulud - 480 dollarit aastas.

Vee-vee pump koduseks kasutamiseks:

• Soojuspump – 4500 dollarit;
• paigaldus — 3500 dollarit;
• tegevuskulud - 280 dollarit aastas.

Loetletud hinnad ei ole lõplikud. Lõplik maksumus sõltub seadme riigist ja tootjast, maastiku tüübist, kliimast, puurimiskuludest, ehitustingimustest jne.

Näiteks Venemaa tootja õhupumba hind on umbes 7000 dollarit, välismaise tootja oma aga 13 000 dollarit.

Ära unusta ka elektrienergia hinda. Kuigi seadmed ei tarbi palju energiat, tuleks need kulud kindlasti oma üldises kalkulatsioonis ja eelarves arvesse võtta.

Millist pumpa valida?

Millist seadet valida, peaksite arvestama järgmiste teguritega:

• Eeldatav eelarve – kui palju raha on omanik nõus kulutama kogu süsteemi paigaldamisele ja ühendamisele;
• milline on majas olemasolev või planeeritav küttesüsteem - põrandaküte, radiaatorküte jne;
• Mitu ruutmeetrit on omanik nõus kollektsionääri loomiseks saidil eraldama;
• Kas on võimalik sügavale puurida?
• geoloogilise uuringu vajadus (kui on planeeritud geotermiline sond), et teha kindlaks, kui sügavale kollektori peaks asuma;
• Kas suvel on vaja õhuvoolu reguleerida?
• Kas paigaldatakse õhukütteseadmeid?

Soojuspumba valimisel on soovitatav pöörata tähelepanu "soojusmuundumistegurile" (tähisega ϕ). See määrab seadme efektiivsuse. Kui ostmisel on märgitud ϕ=4, siis 1 kW elektritarbimise korral toodab soojuspump 4 kW soojusenergiat.

Eelarve planeerimisel on oluline arvestada mitte ainult pumba ostuhinnaga, vaid ka tulevaste tegevuskuludega. Need tegurid on sageli erinevad.

Näiteks õhk-vesisüsteemi paigaldamine on küll madalate paigalduskuludega, kuid madala efektiivsuse tõttu nõuab see märkimisväärseid tegevuskulusid. Kui teil on vaja tegevuskulusid minimeerida, on vertikaalne maasoojuspump õige valik.

Maapealse või veepõhise süsteemi ja selle paigaldamise maksumus on üsna kõrge, nõudes märkimisväärset alginvesteeringut. Kütmiseks kasutatav soojuspump tasub end aga ära 5-10 aasta jooksul. Seetõttu peaks selle seadme ostmise otsus põhinema rahalistel võimalustel ja hoone ehitustingimustel (asukoht, kliima jne).

Kui näiteks sügavpuurimine pole mingil platsil võimalik, selle pindala ei võimalda horisontaalse kollektori paigutamist ja läheduses pole veekogusid, on ainsaks lahenduseks maja kütmiseks õhk-vesi soojuspumba paigaldamine.

Isetegemise paigaldus

Kui majaomanik tunneb seadmete tööpõhimõtteid ja vooluringi konstruktsiooni hästi, saab ta pumba ise kokku panna. Siiski on vaja teha esialgsed arvutused; selleks kasutage jahutussüsteemide optimeerimiseks valmis tarkvara.

Kõige lihtsam paigaldus on isetehtud õhk-vesi küttesüsteem. See koosneb kahest kanalist (üks õhu sissevooluks ja teine ​​väljatõmbeks), ventilaatorist ja kompressorist.

Te ei pea ostma uut kompressorit; võite kasutada külmkapi või muu seadme töötavat agregaati. Soovitatav on kasutada spiraalkompressorit.

Töö etapid:

1. Tehke vasktorust spiraal. Asetage külmaainet vedav toru selle peale.
2. Paigaldage mähis pooleks jagatud plastmahutisse. See toimib aurustajana.
3. Ühendage termostaatventiil ja isoleerige see.
4. Koguge kõik elemendid plokki ja kontrollige selle funktsionaalsust.

Oluline on märkida, et see protseduur on keskmise inimese jaoks üsna keeruline. Mitteprofessionaal ei suuda kõiki osi korralikult kokku panna ja termostaatventiili ühendada.

Parim on usaldada töö spetsialistidele, kuna protseduuri vead põhjustavad seadmete talitlushäireid või ebaefektiivset energiatarbimist.

Seega on soojuspump eramaja kütmiseks tõhus viis. Kuigi seda tüüpi seadmeid Venemaal ja SRÜ riikides laialdaselt ei kasutata, kasutatakse neid laialdaselt kütmiseks Euroopas ja USA-s.

Soovitatav on valida sobiv soojuspump mitte ainult paigaldus- ja kasutuskulude, vaid ka kasutuspiirkonna, ehitustingimuste, ehitusplatsi pindala ja muude tegurite põhjal.