Šilumos siurblys namų šildymui – veikimo principas, tipai ir įrengimas

Šilumos siurblys yra įrenginys, skirtas šilumos energijai perduoti iš šaltinio vartotojui.

Šiluma savaime perduodama iš karšto kūno į šaltą. Siurblys perduoda šilumą priešinga kryptimi.

Konstrukciją sudaro kompresorius, šiluminio plėtimosi vožtuvas, garintuvas ir kondensatorius. Tipiškas šilumos siurblio pavyzdys yra oro kondicionierius.

Norint nustatyti, kokio tipo siurblį pasirinkti naudojimui namuose, rekomenduojama išstudijuoti kiekvieno modelio savybes ir veikimo principus. Kiekvienas tipas taip pat turi apribojimų, apie kuriuos svarbu žinoti.

Šilumos siurblių veikimo principas

Šilumos siurbliai tik pradedami plačiai naudoti privačiuose namuose. Vienas iš pagrindinių šio šildymo būdo privalumų yra pasižymi mažu energijos suvartojimu, bet dideliu šilumos išsiskyrimuKlasifikacija pagrįsta šilumos šaltiniu.

Namų šildymo įrenginys veikia pagal principą, kad medžiaga (šaldymo agentas) gali išskirti arba sugerti šilumos energiją, keisdama savo būseną. Šiuo principu grindžiamas šaldytuvo veikimas (todėl prietaiso galinė dalis yra karšta).

Šilumos siurblio veikimas šildymo sistemoje yra toks:

1. Įeinantis agentas garinimo skyriuje atvėsinamas 5 laipsniais, remiantis šilumos nešiklio energija.
2. Aušinamas agentas patenka į kompresorių, kuris dėl savo veikimo jį suspaudžia ir šildo.
3. Jau karštos dujos patenka į šilumos mainų skyrių, kur jos atiduoda savo šilumą šildymo sistemai.
4. Kondensuotas šaltnešis grįžta į ciklo pradžią.

Taip pat yra modelių, kurie gali veikti atvirkštiniu režimu. Tai reiškia, kad juos galima naudoti net vasarą pastatui vėsinti. Šiluma kaupiama ir vėliau naudojama šildymui šaltesniais mėnesiais.

Įrenginys

Šilumos siurblys namo šildymui susideda iš kelių pagrindinių grandinės elementų:

• grandinė su aušinimo skysčiu, kuri perduoda energiją iš šilumos šaltinio;
• grandinė su freonu, kuri periodiškai išgaruoja, paimdama šiluminę energiją iš pirmosios grandinės, ir vėl nusėda kaip kondensatas, perduodama šilumą trečiajai;
• grandinė, kurioje cirkuliuoja skystis, kuris veikia kaip šilumos nešiklis šildymui.

Šilumos siurblio įrenginys

Šilumos siurblio naudojimas namų šildymui yra ekonomiškas. Taip yra todėl, kad prietaisas nereikalauja daug energijos (todėl jis nesunaudoja daugiau elektros energijos nei standartinis buitinis prietaisas), tačiau jis pagamina keturis kartus daugiau šilumos nei suvartojama elektros energija.

Taip pat nereikia kurti atskiros laidų linijos siurbliui prijungti.

Privalumai ir trūkumai

Prieš nuspręsdami, ar naudoti šilumos siurblį, ar ne, turėtumėte susipažinti su jo veikimo privalumais ir trūkumais. Panagrinėkime atidžiau šilumos siurblio naudojimo privalumus ir trūkumus..

Šiluminių elektrinių naudojimas pasaulyje

Tokių šildymo įrenginių naudojimo praktika pasaulyje buvo tokia. daugiau nei 50 metųPagrindinės šio reiškinio varomosios jėgos buvo kylančios tradicinių energijos išteklių kainos ir daugelio šalių vyriausybių platus palaikymas alternatyvių energijos šaltinių naudojimui.

Todėl šilumos siurblių skaičius nuolat auga sparčiai – iki 10–30 % per metus, nepaisant didelių įrengimo išlaidų. Šiuo metu tokių įrenginių skaičius viršija 270.

Šiluminės sistemos plačiausiai naudojamos Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Kanadoje, jos sudaro iki pusės visų pasaulyje naudojamų įrenginių.

Nepaisant palankių sąlygų naudoti šilumos siurblius, Rusija atsilieka nuo pasaulinių jų naudojimo tendencijų. Tikėtina, kad taip yra dėl mūsų įsitikinimo visišku gamtos išteklių prieinamumu.

Tačiau ne visose apgyvendintose šalies vietovėse yra dujotiekiai. Pasaulinė patirtis su šilumos siurbliais rodo teigiamas jų naudojimo tendencijas.

Šilumos siurblio skaičiavimas

Kaip minėjome aukščiau, tokių siurblių mažo potencialo šilumos šaltiniai dažniausiai yra šios terpės:

1. Oras iš lauko erdvės, kurio vidutinė temperatūra yra nuo -15 iki +25 laipsnių.
2. Oras tiekiamas iš šildomo kambario, jo temperatūra yra +15 - +25 laipsniai.
3. Oras iš podirvio zondo įkaitintas iki plius 4–10 laipsnių.
4. Oras iš geoterminių formacijų, kurių temperatūra gali būti 10 laipsnių ar daugiau.
5. Oras iš neužšąlančių vandens telkinių dugno zondų, kurių temperatūra 0–10 laipsnių, įskaitant ir gautą zonduose, įrengtuose įmonių pramoninių nuotekų kanaluose.

Skaičiavimo metodas

Bet koks šiluminis skaičiavimas yra sudėtingas procesas, kurį gali atlikti tik kvalifikuoti specialistai. Tačiau galima pasiūlyti supaprastintą metodiką, kurios pakanka norint gauti rezultatą, lemiantį konkretaus įrenginio modelio pasirinkimą.

Skaičiavimas susideda iš kelių veiksmų:

1. Šilumos nuostolių per pastato atitvarus nustatymas – sienos, lubos, palėpės, langai, durys ir kt. Tai galima pasiekti naudojant šį ryšį:

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

S – visų pastato atitvarų elementų bendras plotas, m²;

t вн – lauko temperatūra, laipsniais Celsijaus;

t nar – oro temperatūra lauko erdvėje, laipsniais Celsijaus;

n yra koeficientas, atsižvelgiantis į pastato konstrukciją; atviriems pastatams jis lygus 1; pastatams su palėpėmis taikomas 0,9 dydis; rūsyje esančioms patalpoms jis lygus 0,75;

b – papildomų šilumos nuostolių koeficientas, priklausomai nuo pastato tipo ir jo vietos Rusijos klimato zonose, jo vertė gali svyruoti 0,05–0,27 ribose;

Rт yra šiluminė varža, kuri turi būti papildomai apskaičiuojama pagal formulę:

Rt = 1(, m²xC/W, kur

• apskaičiuotos uždarosios konstrukcijos medžiagų šilumos laidumo vertės;
• šilumos išsklaidymo iš vidinių paviršių koeficientas;
• tas pats ir išoriniams paviršiams.

Atlikę preliminarius skaičiavimus, nustatome bendrus šilumos nuostolius iš įvairių veiksnių:

Qт.pot = Qок + Qи - Qбл, Kur

Qbl – bendras šilumos perdavimas dėl buitinių prietaisų veikimo ir žmogaus veiklos;

Qи – energijos sąnaudos šilumos nuostoliams dėl uždarųjų konstrukcijų nuotėkių kompensuoti.

2. Remiantis gautais rezultatais, galime apskaičiuoti metinį elektros energijos poreikį. Tam naudojame šį santykį:

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

• tvn - norima temperatūros vertė namo viduje;
• t nar – faktinė lauko temperatūra;
• tнар.ср – vidutinė metinė temperatūra regione;
• d – šildymo laikotarpio trukmė, dienomis.

3. Norint tiksliau suprasti šilumos siurblį, reikia apskaičiuoti šilumos kiekį, reikalingą vandeniui pašildyti jūsų namo šildymo sistemoje. Tai galima padaryti naudojant šią skaičiavimo formulę:

Qhor.v = V x 17 kW/ per metusKur:

V – per parą sunaudojamas iki 50 pašildyto vandens tūris^O SU.

Dėl to energijos sąnaudos šildymui ir karštam vandeniui tenkinti sudarys:

Q = Qmetai + Qgv (kW/valandą per metus).

Rekomenduojama gautą rezultatą padidinti 10 %, atsižvelgiant į intensyvesnį sistemos veikimą piko metu. Preliminarus šilumos siurblio galios apskaičiavimas namo šildymui leidžia tiksliai parinkti įrengimą.

Skaičiavimams atlikti galite naudoti specialią skaičiuoklę, jų gausu internete.

Šilumos siurblių tipai

Priklausomai nuo naudojamo šilumos šaltinio, yra keletas įrenginių tipų. Namo šildymo siurblio veikimo principas daro prielaidą, kad šiluma imama iš šaltinių, kurie geriausiai sugeba kaupti saulės energiją visą sezoną.

Parduodant galima įsigyti šių tipų įrenginių:

• žemė (žemė - vanduo);
• oras (oras - oras);
• oras - vanduo;
• vanduo (vanduo - vanduo).

Panagrinėkime juos išsamiau toliau.

Oras - vanduo

Kaip veikia siurblys ORAS-VANDUO Procesas apima šilumos siurblio sistemos aušinimo skysčio šildymą šiltu oru. Ventiliatorius pučia šiltą orą iš aplinkos į sistemą.

Oro-vandens šilumos siurblys

Ten jis sąveikauja su šaltnešiu, kuris dėl šios sąveikos įkaista ir virsta dujomis. Tada dujos patenka į kompresorių, kur slėgio veikiamos yra spaudžiamos į vidinį kondensatorių, kur savo šilumą perduoda vandeniui.

Žemė - vanduo

Dirvožemis yra stabiliausias ir todėl populiariausias šilumos šaltinis. 4–8 metrų gylyje temperatūra yra pastovi – 5–8 laipsniai virš nulio, o 10 metrų gylyje ji pakyla iki 10 laipsnių. Yra du pagrindiniai šiluminės energijos surinkimo būdai:

• naudojant horizontalų kolektorių;
• naudojant vertikalų geoterminį zondą.

Pirmasis tipas susideda iš horizontaliai paklotų vamzdžių rinkinio aušinimo skysčiui tiekti. Montavimo gylis kiekvienu atveju turi būti apskaičiuojamas individualiai, atsižvelgiant į reljefą, klimatą ir kitus veiksnius.

Kai kuriais atvejais patartina dujotiekį tiesti dirvožemio užšalimo gylyje (1,4–1,8 m), 2,5–3,5 metro (jei reikia sumažinti temperatūros skirtumą ir pasiekti didesnį pastovumą) arba 1–1,3 metro (Tokiame gylyje pavasarį dirva įšyla greičiau.) Kartais netgi įrengiamas specialus kolektorius, sudarytas iš dviejų sluoksnių.

Šio tipo kolektoriuje naudojami 25, 32 arba 40 mm skerspjūvio vamzdžiai. Jie gali būti klojami įvairiais būdais: spirale, žaibo, gyvatės, kilpos ir kt. Jei naudojamas gyvatės raštas, vamzdžiai turėtų būti išdėstyti 0,6–1 metro atstumu vienas nuo kito (dažniausiai 80 centimetrų).

Norint apskaičiuoti vamzdyno šilumos perdavimo greitį, reikia atsižvelgti į dirvožemio tipą. Sauso smėlio arba molio šilumos perdavimo greitis yra atitinkamai 10 ir 20 W vienam linijiniam metrui; šlapio molio – 25 W; o didelio drėgnumo molio – 35 W.

Šio tipo kolektoriaus trūkumas yra didelės sistemos poreikis. Jei šildomo namo plotas yra 100 kvadratinių metrų, o dirvožemis susideda iš šlapio molio, kolektorių sistemai reikės 400 kvadratinių metrų žemės, arba apie 500 kvadratinių metrų.

Atsižvelgiant į tai, kad pastatai ir kiti objektai negali būti pastatyti paviršiuje (galima pastatyti tik veją su 1 metų augalais), ne visi savininkai galės skirti pakankamai laisvos vietos.

Šiuo atveju tinkamesnis sprendimas yra vertikalus zondas. Jį sudaro šilumokaitis, kuriame vamzdžiai įkasami į žemę iki 200 m gylio. Įrengtų zondų skaičius priklauso nuo reikalingos šildymo galios.

Seklius gręžinius reikėtų įrengti maždaug 5–8 metrų atstumu vienas nuo kito. Gręžti vieną vamzdį 100–200 metrų gylyje nėra ekonomiškai naudinga, be to, reikalingi atitinkamų institucijų leidimai. Norint to išvengti, patartina įrengti kelis vamzdžius.

Taigi, vienintelis vertikalių konstrukcijų trūkumas yra didelė gilių gręžinių gręžimo kaina.

Tačiau nepaisant to, zondas yra populiaresnis sprendimas, nes jis užtikrina pakankamą efektyvumą be jokių reikalavimų aikštelės plotui ar kitiems ribojantiems veiksniams.

Vanduo yra vanduo

Kitas populiarus šilumos šaltinis namams šildyti yra vanduo. Yra trys tokių sistemų tipai, priklausomai nuo skysčio šaltinio:

• kolektorius, pastatytas atviro vandens telkinio dugne (jis neturėtų užšalti) – jūrose, upėse, ežeruose;
• kolektorius, esantis kanalizacijoje;
• naudojant vandenį iš šulinių arba požeminio vandens.

Pirmasis variantas – antifrizo vamzdžius įdėti po vandeniu. Kad jie nepakiltų į paviršių, jie pritvirtinami papildomais svarmenimis. Dėl padidėjusios aušinimo skysčio temperatūros šis metodas laikomas veiksmingu, tačiau ekonomišku.

Trūkumas yra tas, kad tokį statinį galima statyti tik tuo atveju, jei tvenkinys yra ne toliau kaip 50 metrų atstumu nuo sklypo. Priešingu atveju įrengimas ir eksploatavimas bus neekonomiškas. Tačiau pakrantės gyventojams vandens šaltinio šilumos siurblys yra optimalus namų šildymo sprendimas.

Naudodamas išvalytas nuotekas ir iš perdirbimo įmonių išleidžiamas nuotekas, kolektorius gali šildyti daugiaaukščius pastatus ir pramonės objektus bei tiekti karštą vandenį. Ši sistema retai naudojama privačių namų šildymui, nes jie dažnai yra toli nuo centrinės kanalizacijos sistemos.

Kolektorius, kuris renka vandenį iš šulinių ar gruntinio vandens, naudojamas rečiau nei kitų tipų. Taip yra daugiausia dėl to, kad reikia įrengti dvi duobes. Pirmasis surenka skystį, kuris vėliau perduoda savo šiluminę energiją šaltnešiui, o antrasis gauna atvėsusį vandenį.

Kai kuriais atvejais vietoj gręžinio įrengiamas filtracinis šulinys. Išleidimo šulinys turėtų būti pasroviui nuo gruntinio vandens lygio ir 20 metrų atstumu nuo pradinio šulinio.

Ši sistema yra gana sunku įdiegti ir prižiūrėtiBūtina reguliariai stebėti siurblio komponentus, ar nėra korozijos ir užterštumo. Taip pat svarbu stebėti įeinančio vandens kokybę ir nedelsiant jį filtruoti.

Oras - oras

Oro-vandens šilumos siurbliai turi aiškų pranašumą, palyginti su kitų tipų įrenginiais. Šilumos siurblys kaip šilumos šaltinį naudoja tik orą, todėl nereikia gręžti gruntinių gręžinių ar montuoti vandens kolektorių. Todėl oro-vandens šilumos siurbliai yra žymiai pigesni.

Šis šildymo tipas turi paprasčiausią struktūrą ir veikimo principą. Oras patenka į garintuvą, kur perduoda šilumą šaltnešiui. Ši šiluma iš garintuvo perduodama tiesiai į šilumos nešiklius name. Šį šildymo tipą gali reprezentuoti, pavyzdžiui, vėdinimo konvektoriai (ventiliatoriniai ritiniai) arba grindinio šildymo sistema.

Šio įrenginio įrengimo kaina yra gana maža, palyginti su vandens ar antžeminėmis sistemomis, o jo efektyvumas pirmiausia priklauso nuo oro temperatūros. Jei gyvenate vietovėje, kurioje žiemos šiltos (bent 0 °C), šis metodas laikomas ekonomiškiausiu.

Jei temperatūra nukrenta žemiau -15 laipsnių, siurblys negalės pakankamai šildyti kambario, todėl bus tikslingiau naudoti elektrinį arba katilinį kambario šildymą.

Jei regionuose su šaltomis žiemomis svarbu valdyti oro siurblį, įrengiamas papildomas atsarginis šilumos šaltinis, kuris bus prijungtas esant stiprioms šalnoms.

Kai kuriais atvejais taip pat galima įrengti oro sistemą, jei klimatas yra sausas ir temperatūra nenukrenta žemiau -15 laipsnių.

Drėgnomis ir šaltomis sąlygomis ant prietaiso korpuso susidarys ledo sluoksnis, kuris sutrikdys prietaiso veikimą ir gali greitai jį sugadinti.

Kainos ir gamintojai

Apytikslė vidutinė įrangos ir jos įrengimo rinkos vertė yra:

Horizontalus kolektorius:

• Siurblys – 4500 USD;
• įrengimas – 2500 USD;
• eksploatavimo išlaidos – 350 USD per metus.

Geoterminis zondas:

• Siurblys – 4500 USD;
• įrengimas – 4500 USD;
• eksploatavimo išlaidos – 320 USD per metus.

Oras – namams:

• Siurblys – 6500 USD;
• įrengimas – 400 USD;
• eksploatavimo išlaidos – 480 USD per metus.

Vandens siurblys namams:

• Šilumos siurblys – 4500 USD;
• įrengimas – 3500 USD;
• eksploatavimo išlaidos – 280 USD per metus.

Nurodytos kainos nėra galutinės. Galutinė kaina priklausys nuo įrenginio gamintojo ir šalies, reljefo tipo, klimato, gręžimo išlaidų, statybos sąlygų ir kt.

Pavyzdžiui, Rusijos gamintojo oro siurblio kaina bus apie 7000 USD, o užsienio – 13 000 USD.

Nepamirškite ir elektros energijos kainos. Nors įranga nenaudoja daug energijos, šias išlaidas tikrai reikėtų įtraukti į bendrą sąmatą ir biudžetą.

Kurį siurblį pasirinkti?

Norėdami nuspręsti, kurį įrenginį pasirinkti, turėtumėte atsižvelgti į šiuos veiksnius:

• Numatomas biudžetas – kiek pinigų savininkas nori išleisti visos sistemos įrengimui ir prijungimui;
• kokia yra esama arba planuojama šildymo sistema namo viduje – grindinis šildymas, radiatoriai ir kt.;
• Kiek kvadratinių metrų savininkas nori skirti svetainėje kolekcionieriaus sukūrimui;
• Ar įmanoma gręžti giliai?
• geologinio tyrimo poreikis (jei planuojama įrengti geoterminį zondą), siekiant nustatyti, kokiame gylyje turėtų būti įrengtas kolektorius;
• Ar vasarą būtina kondicionuoti oro srautą?
• Ar bus įrengti oro šildymo įrenginiai?

Renkantis šilumos siurblį, rekomenduojama atkreipti dėmesį į „šilumos konversijos koeficientą“ (žymimą ϕ). Jis lemia įrenginio efektyvumą. Jei pirkimo metu nurodytas ϕ = 4, tai sunaudojant 1 kW elektros energijos, šilumos siurblys pagamins 4 kW šiluminės energijos.

Planuojant biudžetą, svarbu atsižvelgti ne tik į siurblio įsigijimo kainą, bet ir į būsimas eksploatavimo išlaidas. Šie veiksniai dažnai skiriasi.

Pavyzdžiui, oro-vandens sistemos įrengimas bus pigus, tačiau dėl mažo efektyvumo reikės didelių eksploatavimo išlaidų. Jei reikia sumažinti eksploatavimo išlaidas, tuomet vertikalus geoterminis šilumos siurblys yra tinkamas pasirinkimas.

Gruntinės arba vandeninės sistemos ir jos įrengimo kaina yra gana didelė, todėl reikia didelių pradinių investicijų. Tačiau šildymui naudojamas šilumos siurblys atsipirks per 5–10 metų. Todėl sprendimas įsigyti šį įrenginį turėtų būti grindžiamas finansinėmis galimybėmis ir pastato statybos sąlygomis (vieta, klimatas ir kt.).

Jei, pavyzdžiui, sklype neįmanoma atlikti giluminio gręžimo, jo plotas neleidžia pastatyti horizontalaus kolektoriaus, o šalia nėra vandens telkinių, vienintelė išeitis – įsirengti oras-vanduo šilumos siurblį namui šildyti.

„Pasidaryk pats“ įrengimas

Jei namo savininkas gerai išmano įrangos veikimo principus ir grandinės konstrukciją, jis gali pats surinkti siurblį. Tačiau reikalingi preliminarūs skaičiavimai, tam naudokite paruoštą programinę įrangą aušinimo sistemoms optimizuoti.

Paprasčiausias įrengimas yra „pasidaryk pats“ tipo oro-vandens šildymo sistema. Ją sudarys du ortakiai (vienas oro tiekimui, kitas ištraukimui), ventiliatorius ir kompresorius.

Jums nereikia pirkti naujo kompresoriaus; galite naudoti veikiantį šaldytuvo ar kitos įrangos agregatą. Rekomenduojamas spiralinis kompresorius.

Darbo etapai:

1. Iš varinio vamzdžio padarykite spiralę. Ant viršaus uždėkite vamzdį, kuriuo teka šaltnešis.
2. Įstatykite ritę į plastikinį indą, padalytą į dvi dalis. Tai veiks kaip garintuvas.
3. Prijunkite termostatinį vožtuvą ir jį izoliuokite.
4. Surinkite visus elementus į bloką ir patikrinkite jo veikimą.

Svarbu atkreipti dėmesį, kad ši procedūra yra gana sudėtinga paprastam žmogui. Neprofesionalas negalės tinkamai surinkti visų dalių ir prijungti termostatinio vožtuvo.

Geriausia darbą patikėti specialistams, nes procedūros klaidos sukels įrangos gedimą arba neefektyvų energijos suvartojimą.

Taigi, šilumos siurblys yra efektyvus būdas šildyti privatų namą. Nors tokio tipo įranga nėra plačiai naudojama Rusijoje ir NVS šalyse, ji plačiai naudojama šildymui Europoje ir JAV.

Rekomenduojama pasirinkti tinkamą šilumos siurblį ne tik atsižvelgiant į įrengimo ir eksploatavimo kainą, bet ir į naudojimo regioną, statybos sąlygas, aikštelės plotą ir kitus veiksnius.