Siltumsūknis mājas apkurei – darbības princips, veidi un uzstādīšana

Siltumsūknis ir ierīce siltumenerģijas pārnešanai no avota uz patērētāju.

Siltums spontāni tiek pārnests no karsta ķermeņa uz aukstu. Sūknis pārnes siltumu pretējā virzienā.

Konstrukciju veido kompresors, termiskās izplešanās vārsts, iztvaicētājs un kondensators. Tipisks siltumsūkņa piemērs ir gaisa kondicionieris.

Lai noteiktu, kāda veida sūkni izvēlēties lietošanai mājās, ieteicams izpētīt katra modeļa īpašības un darbības principus. Katram tipam ir arī ierobežojumi, kas ir svarīgi zināt.

Siltumsūkņu darbības princips

Siltumsūkņi privātmājās sāk plaši izmantot tikai tagad. Viena no šīs apkures metodes galvenajām priekšrocībām ir ir zems enerģijas patēriņš, bet augsta siltuma ģenerēšanaKlasifikācija tiek veikta pēc siltuma avota.

Mājas apkures ierīce darbojas pēc principa, ka viela (dzesētājviela) stāvokļa maiņas laikā var atbrīvot vai absorbēt siltumenerģiju. Šis princips ir ledusskapja darbības pamatā (tāpēc ierīces aizmugure ir karsta).

Siltumsūkņa darbības princips ir šāds:

1. Ienākošo vielu iztvaikošanas sekcijā atdzesē par 5 grādiem, pamatojoties uz siltumnesēja enerģiju.
2. Atdzesētais aģents nonāk kompresorā, kas tā darbības rezultātā to saspiež un sasilda.
3. Jau karstā gāze nonāk siltumapmaiņas nodalījumā, kur tā atdod savu siltumu apkures sistēmai.
4. Kondensētais aukstumaģents atgriežas cikla sākumā.

Ir arī daži modeļi, kas var darboties apgrieztā režīmā. Tas nozīmē, ka tos var izmantot pat vasarā ēkas dzesēšanai. Siltums tiek nogādāts uzkrāšanas stacijā un pēc tam izmantots apkurei aukstajos mēnešos.

Ierīce

Siltumsūknis mājas apsildīšanai sastāv no vairākiem pamata ķēdes elementiem:

• ķēde ar dzesēšanas šķidrumu, kas pārvieto enerģiju no siltuma avota;
• ķēde ar freonu, kas periodiski iztvaiko, ņemot siltumenerģiju no pirmās ķēdes, un atkal nosēžas kā kondensāts, pārnesot siltumu uz trešo;
• ķēde, kurā cirkulē šķidrums, kas darbojas kā siltumnesējs apkurei.

Siltumsūkņa ierīce

Siltumsūkņa izmantošana mājas apsildīšanai ir rentabla. Tas ir tāpēc, ka ierīcei nav nepieciešama liela jauda (un tāpēc tā nepatērē vairāk elektroenerģijas nekā standarta mājsaimniecības ierīce), tomēr tā saražo četras reizes vairāk siltuma nekā patērētā elektroenerģija.

Tāpat nav nepieciešams izveidot atsevišķu elektroinstalācijas līniju sūkņa pievienošanai.

Plusi un mīnusi

Pirms izlemt, vai izmantot siltumsūkni vai nē, jums jāiepazīstas ar tā darbības priekšrocībām un trūkumiem. Apskatīsim tuvāk siltumsūkņa izmantošanas plusus un mīnusus..

Siltumenerģijas elektrostaciju izmantošana pasaulē

Šādu sildīšanas iekārtu izmantošanas prakse pasaulē ir bijusi vairāk nekā 50 gadusŠīs parādības galvenie virzītājspēki bija tradicionālo energoresursu cenu pieaugums un daudzu valstu valdību plašais atbalsts alternatīvo enerģijas avotu izmantošanai.

Tāpēc siltumsūkņu skaits nepārtraukti pieaug straujā tempā – līdz 10–30% gadā, neskatoties uz augstajām uzstādīšanas izmaksām. Šādu ierīču skaits pašlaik pārsniedz 270.

Termiskās sistēmas visplašāk tiek izmantotas Amerikas Savienotajās Valstīs un Kanādā, veidojot līdz pat pusei no visā pasaulē izmantotajām iekārtām.

Neskatoties uz labvēlīgiem apstākļiem siltumsūkņu izmantošanai, Krievija atpaliek no globālajām tendencēm to izmantošanā. Visticamāk, tas ir saistīts ar mūsu pārliecību par pilnīgu dabas resursu pieejamību.

Tomēr ne visās apdzīvotajās vietās valstī ir gāzesvadi. Globālā pieredze ar siltumsūkņiem liecina par pozitīvām tendencēm to izmantošanā.

Siltumsūkņa aprēķins

Kā jau minējām iepriekš, šādu sūkņu zema potenciāla siltuma avoti visbiežāk ir šādi materiāli:

1. Gaiss no ārtelpas ar vidējo temperatūru no -15 līdz +25 grādiem.
2. Gaiss nāk no apsildāmas telpas, tā temperatūra ir +15 - +25 grādi.
3. Gaiss no zemes dzīļu zondes uzkarsēts līdz plus 4–10 grādiem.
4. Gaiss no ģeotermāliem veidojumiem, kuru temperatūra var būt 10 grādi vai vairāk.
5. Gaiss no nesasalstošu ūdenstilpņu apakšējām zondēm ar temperatūru 0–10 grādi, ieskaitot zondēs iegūto gaiss, kas uzstādītas uzņēmumu rūpniecisko notekūdeņu kanālos.

Aprēķina metode

Jebkurš termiskais aprēķins ir sarežģīts process, ko spēj veikt tikai kvalificēti speciālisti. Tomēr var piedāvāt vienkāršotu metodoloģiju, kas ir pietiekama, lai iegūtu rezultātu, kas nosaka konkrēta vienības modeļa izvēli.

Aprēķins ir atkarīgs no vairāku darbību veikšanas:

1. Siltuma zudumu daudzuma noteikšana caur ēkas norobežojošajiem elementiem – sienas, griesti, bēniņi, logi, durvis utt. To var panākt, izmantojot šādu sakarību:

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

S – visu ēkas norobežojošo elementu kopējā platība, m²;

t вн – āra temperatūra, grādi pēc Celsija;

t nar – gaisa temperatūra ārtelpā, grādi pēc Celsija;

n ir koeficients, kas ņem vērā ēkas konstrukciju; atklātām ēkām tas ir vienāds ar 1; ēkām ar bēniņu telpām tas tiek piemērots 0,9 vērtībā; telpām, kas atrodas pagrabstāvā, tas tiek pieņemts kā vienāds ar 0,75;

b – papildu siltuma zudumu koeficients, atkarībā no ēkas tipa un tās atrašanās vietas Krievijas klimatiskajās zonās, tā vērtība var svārstīties 0,05–0,27 robežās;

Rт ir termiskā pretestība, kas papildus jāaprēķina, izmantojot formulu:

Rt = 1(, m²xC/W, kur

• norobežojošo konstrukciju materiālu siltumvadītspējas aprēķinātās vērtības;
• siltuma izkliedes koeficients no iekšējām virsmām;
• tas pats attiecas uz ārējām virsmām.

Pēc provizorisku aprēķinu veikšanas mēs nosakām kopējos siltuma zudumus no dažādiem faktoriem:

Qт.pot = Qок+Qи-Qбл, Kur

Qbl – kopējā siltuma pārnešana no sadzīves tehnikas darbības un cilvēka darbības;

Qи – enerģijas izmaksas siltuma zudumu kompensēšanai noplūžu dēļ norobežojošajās konstrukcijās.

2. Pamatojoties uz iegūtajiem rezultātiem, mēs varam aprēķināt gada elektroenerģijas pieprasījumu. Lai to izdarītu, mēs izmantojam šādu attiecību:

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

• tvn - vēlamā temperatūras vērtība mājas iekšpusē;
• t nar – faktiskā āra temperatūra;
• tнар.ср – vidējā gada temperatūra reģionā;
• d – apkures perioda ilgums, dienas.

3. Lai precīzāk izprastu siltumsūkni, jāaprēķina siltuma jaudas daudzums, kas nepieciešams ūdens uzsildīšanai jūsu mājas apkures sistēmā. To var izdarīt, izmantojot šādu aprēķina formulu:

Qhor.v = V x 17 kW/gadāKur:

V – līdz 50 uzsildīta ūdens dienas patēriņa apjoms^O AR.

Tā rezultātā enerģijas izmaksas, lai apmierinātu apkures un karstā ūdens vajadzības, būs:

Q = Qgads + Qgv (kW/stundā gadā).

Iegūto rezultātu ieteicams palielināt par 10%, ņemot vērā intensīvāku sistēmas darbību maksimālās slodzes laikā. Sākotnējais siltumsūkņa jaudas aprēķins mājas apkurei ļauj precīzi izvēlēties uzstādīšanu.

Lai veiktu aprēķinu, varat izmantot īpašu kalkulatoru, tie ir pieejami pārpilnībā internetā.

Siltumsūkņu veidi

Atkarībā no izmantotā siltuma avota ir vairāki ierīču veidi. Mājas apkures sūkņa darbības princips paredz, ka siltums tiek iegūts no avotiem, kas vislabāk spēj uzkrāt saules enerģiju visas sezonas garumā.

Pārdošanā ir pieejami šādi ierīču veidi:

• zeme (zeme - ūdens);
• gaiss (gaiss - gaiss);
• gaiss - ūdens;
• ūdens (ūdens - ūdens).

Apskatīsim tos sīkāk zemāk.

Gaiss - ūdens

Kā darbojas sūknis GAISS-ŪDENS Process ietver dzesēšanas šķidruma uzsildīšanu siltumsūkņa sistēmā ar siltu gaisu. Ventilators iespiež siltu gaisu no apkārtējās vides sistēmā.

Gaiss-ūdens siltumsūknis

Tur tā mijiedarbojas ar aukstumaģentu, kas šīs mijiedarbības rezultātā uzsilst, pārvēršoties gāzē. Pēc tam gāze nonāk kompresorā, kur tā zem spiediena tiek spiesta iekšējā kondensatorā, nododot siltumu ūdenim.

Zeme - ūdens

Augsne ir visstabilākais un tāpēc populārākais siltuma avots. 4 līdz 8 metru dziļumā temperatūra ir nemainīga 5 līdz 8 grādi virs nulles, un 10 metru dziļumā tā paaugstinās līdz 10 grādiem. Ir divas galvenās siltumenerģijas savākšanas metodes:

• izmantojot horizontālu kolektoru;
• ar vertikālas ģeotermālās zondes palīdzību.

Pirmais veids sastāv no horizontāli novietotu cauruļu komplekta dzesēšanas šķidruma pārvadāšanai. Uzstādīšanas dziļums katrā gadījumā jāaprēķina individuāli, ņemot vērā reljefu, klimatu un citus faktorus.

Dažās situācijās ieteicams cauruļvadu novietot augsnes sasalšanas dziļumā (1,4–1,8 m). 2,5–3,5 metri (ja nepieciešams samazināt temperatūras starpību un panākt lielāku noturību) vai 1–1,3 metri (Šādā dziļumā augsne pavasarī sasilst ātrāk.) Dažreiz pat tiek uzstādīts īpašs kolektors, kas sastāv no diviem slāņiem.

Šāda veida kolektorā tiek izmantotas caurules ar šķērsgriezumu 25, 32 vai 40 mm. Tās var izvietot dažādos veidos: spirālveida, zibensveida, līkumotā, cilpveida utt. Ja tiek izmantots līkumots raksts, caurules jāizvieto 0,6 līdz 1 metra attālumā vienai no otras (visbiežāk 80 centimetru attālumā).

Lai aprēķinātu cauruļvada siltuma pārneses ātrumu, jāņem vērā augsnes tips. Sausām smiltīm vai mālam siltuma pārneses ātrums ir attiecīgi 10 un 20 W uz lineāro metru; mitram mālam siltuma pārneses ātrums ir 25 W; un mālam ar augstu mitruma saturu siltuma pārneses ātrums ir 35 W.

Šāda veida kolektora trūkums ir nepieciešamība pēc lielas sistēmas. Ja apsildāmās mājas platība ir 100 kvadrātmetri, un augsne sastāv no mitra māla, tad kolektoru sistēmai būs nepieciešami 400 kvadrātmetri zemes jeb aptuveni 500 kvadrātmetri.

Ņemot vērā, ka ēkas un citus objektus nevar novietot uz virsmas (var novietot tikai zālienu ar 1 gadu veciem augiem), ne visi īpašnieki varēs atvēlēt pietiekami daudz brīvas vietas.

Šajā gadījumā piemērotāks risinājums ir vertikālā zonde. Tā sastāv no siltummaiņa, kurā caurules tiek ieraktas zemē līdz 200 m dziļumam. Uzstādīto zondu skaits ir atkarīgs no nepieciešamās sildīšanas jaudas.

Sekli urbumi jāizveido aptuveni 5–8 metru attālumā viens no otra. Vienas caurules urbšana 100–200 metru dziļumā nav rentabla, un ir nepieciešamas arī attiecīgo iestāžu atļaujas. Lai no tā izvairītos, ieteicams uzstādīt vairākas caurules.

Tādējādi vertikālo konstrukciju vienīgais trūkums ir dziļu aku urbšanas augstās izmaksas.

Tomēr, neskatoties uz to, zonde ir populārāks risinājums, jo tā nodrošina pietiekamu efektivitāti bez jebkādām prasībām attiecībā uz vietas platību vai citiem ierobežojošiem faktoriem.

Ūdens ir ūdens

Vēl viens populārs siltuma avots mājas apkurei ir ūdens. Atkarībā no šķidruma avota ir trīs šādu sistēmu veidi:

• kolektors, kas novietots atklātas ūdenstilpes dibenā (tam nevajadzētu sasalt) – jūras, upes, ezeri;
• savācējs, kas atrodas kanalizācijā;
• izmantojot ūdeni no akām vai gruntsūdeņiem.

Pirmais variants ietver antifrīza cauruļu ievietošanu zem ūdens. Lai tās nepaceltos virspusē, tās tiek nostiprinātas ar papildu svariem. Dzesēšanas šķidruma paaugstinātās temperatūras dēļ šī metode tiek uzskatīta par efektīvu, bet vienlaikus rentablu.

Negatīvā puse ir tā, ka šādu konstrukciju var uzbūvēt tikai tad, ja dīķis atrodas ne tālāk kā 50 metru attālumā no īpašuma. Pretējā gadījumā uzstādīšana un ekspluatācija būs neekonomiska. Tomēr piekrastes iedzīvotājiem ūdens siltumsūknis ir optimāls mājas apkures risinājums.

Izmantojot attīrītus notekūdeņus un no pārstrādes rūpnīcām izvadītos notekūdeņus, kolektors var apsildīt daudzstāvu ēkas un rūpniecības objektus, kā arī nodrošināt karsto ūdeni. Šo sistēmu reti izmanto privātmāju apsildei, jo tās bieži atrodas tālu no centrālās kanalizācijas sistēmas.

Kolektors, kas savāc ūdeni no akām vai gruntsūdeņiem, tiek izmantots retāk nekā citi veidi. Tas galvenokārt ir saistīts ar nepieciešamību izveidot divas bedres. Pirmajā tiek savākts šķidrums, kas pēc tam nodod savu siltumenerģiju aukstumaģentam, bet otrajā tiek saņemts atdzesētais ūdens.

Dažos gadījumos urbuma vietā tiek izbūvēta infiltrācijas aka. Izvades akai jāatrodas lejpus gruntsūdens līmeņa un 20 metru attālumā no sākotnējās akas.

Šī sistēma ir diezgan grūti uzstādīt un uzturētIr svarīgi regulāri uzraudzīt sūkņa komponentu koroziju un piesārņojumu. Ir svarīgi arī uzraudzīt ienākošā ūdens kvalitāti un to nekavējoties filtrēt.

Gaiss - gaiss

Gaisa-ūdens siltumsūkņiem ir ievērojama priekšrocība salīdzinājumā ar cita veida iekārtām. Siltumsūknis kā siltuma avotu izmanto tikai gaisu, tādējādi novēršot nepieciešamību urbt zemes akas vai uzstādīt ūdens kolektorus. Līdz ar to gaisa-ūdens siltumsūkņi ir ievērojami lētāki.

Šim tipam ir visvienkāršākā uzbūve un darbības princips. Gaiss ieplūst iztvaicētājā, kur tas nodod siltumu aukstumaģentam. Pēc tam šis siltums no iztvaicētāja tiek pārnests tieši uz siltumnesēju mājā. Šāda veida apkuri var attēlot, piemēram, ventilācijas konvektori (ventilatora spoles) vai grīdas apsildes sistēma.

Šīs ierīces uzstādīšanas izmaksas ir salīdzinoši zemas, salīdzinot ar ūdens vai zemes sistēmām, un tās efektivitāte galvenokārt ir atkarīga no gaisa temperatūras. Ja dzīvojat apgabalā ar siltām ziemām (vismaz 0°C), šī metode tiek uzskatīta par visrentablāko.

Ja temperatūra nokrītas zem -15 grādiem, sūknis nespēs nodrošināt pietiekamu telpas apsildi, tāpēc būs piemērotāk izmantot telpas elektrisko vai katla apsildi.

Ja ir svarīgi darbināt gaisa sūkni reģionos ar aukstām ziemām, tad tiek uzstādīts papildu rezerves siltuma avots, kas tiks pievienots spēcīgu salnu laikā.

Dažos gadījumos ir iespējams uzstādīt arī gaisa sistēmu, ja klimats ir sauss un temperatūra nenoslīd zem -15 grādi.

Mitros un salnos apstākļos uz ierīces korpusa veidosies ledus kārtiņa, kas traucēs ierīces darbību un var izraisīt tās ātru sabojāšanos.

Cenas un ražotāji

Iekārtu un to uzstādīšanas aptuvenā vidējā tirgus vērtība ir:

Horizontālais kolektors:

• Sūknis – 4500 ASV dolāru;
• uzstādīšana — 2500 USD;
• ekspluatācijas izmaksas - 350 USD gadā.

Ģeotermālā zonde:

• Sūknis – 4500 ASV dolāru;
• uzstādīšana — 4500 ASV dolāru;
• ekspluatācijas izmaksas - 320 USD gadā.

Gaiss - mājām:

• Sūknis – 6500 ASV dolāru;
• uzstādīšana — 400 ASV dolāru;
• ekspluatācijas izmaksas - 480 USD gadā.

Ūdens-ūdens sūknis mājām:

• Siltumsūknis – 4500 ASV dolāru;
• uzstādīšana — 3500 ASV dolāru;
• ekspluatācijas izmaksas - 280 USD gadā.

Norādītās cenas nav galīgas. Galīgās izmaksas būs atkarīgas no ierīces ražotāja un valsts, reljefa veida, klimata, urbšanas izmaksām, būvniecības apstākļiem utt.

Piemēram, Krievijas ražotāja gaisa sūkņa cena būs aptuveni 7000 USD, bet ārzemju ražotāja - 13 000 USD.

Neaizmirstiet arī par elektrības izmaksām. Lai gan iekārta nepatērē daudz enerģijas, šie izdevumi noteikti jāiekļauj kopējā tāmē un budžetā.

Kuru sūkni izvēlēties?

Lai izlemtu, kuru ierīci izvēlēties, jāņem vērā šādi faktori:

• Paredzamais budžets – cik daudz naudas īpašnieks ir gatavs tērēt visas sistēmas uzstādīšanai un pieslēgšanai;
• kāda ir esošā vai plānotā apkures sistēma mājā — grīdas apsilde, radiatori utt.;
• Cik kvadrātmetru īpašnieks ir gatavs atvēlēt vietnē kolekcionāra izveidei;
• Vai ir iespējams urbt dziļi?
• nepieciešamība veikt ģeoloģisko apsekojumu (ja plānota ģeotermālā zonde), lai noteiktu, cik dziļi jānovieto kolektors;
• Vai vasarā ir nepieciešams kondicionēt gaisa plūsmu?
• Vai tiks uzstādītas gaisa sildīšanas ierīces?

Izvēloties siltumsūkni, ieteicams pievērst uzmanību "siltuma pārveidošanas koeficientam" (apzīmēts ar ϕ). Tas nosaka ierīces efektivitāti. Ja iegādes laikā ir norādīts ϕ = 4, tad ar elektroenerģijas patēriņu 1 kW siltumsūknis saražos 4 kW siltumenerģijas.

Plānojot budžetu, ir svarīgi ņemt vērā ne tikai sūkņa iegādes izmaksas, bet arī turpmākās ekspluatācijas izmaksas. Šie faktori bieži vien atšķiras.

Piemēram, gaisa-ūdens sistēmas uzstādīšanai būs zemas uzstādīšanas izmaksas, taču zemās efektivitātes dēļ būs nepieciešamas ievērojamas ekspluatācijas izmaksas. Ja nepieciešams samazināt ekspluatācijas izmaksas, tad vertikālais zemes siltumsūknis ir īstais risinājums.

Zemes vai ūdens apkures sistēmas un tās uzstādīšanas izmaksas ir diezgan augstas, un tām nepieciešami ievērojami sākotnējie ieguldījumi. Tomēr siltumsūknis, ko izmanto apkurei, atmaksāsies 5–10 gadu laikā. Tāpēc lēmums par šīs ierīces iegādi jāpieņem, ņemot vērā finansiālās iespējas un ēkas būvniecības apstākļus (atrašanās vietu, klimatu utt.).

Ja, piemēram, objektā nav iespējams veikt dziļurbumu, tā platība neļauj novietot horizontālo kolektoru un tuvumā nav ūdenstilpju, vienīgais risinājums ir uzstādīt gaisa-ūdens siltumsūkni mājas apsildīšanai.

Pašdarināta uzstādīšana

Ja mājas īpašnieks labi pārzina iekārtas darbības principus un shēmas dizainu, viņš var pats salikt sūkni. Tomēr ir nepieciešami iepriekšēji aprēķini; šim nolūkam izmantojiet gatavu programmatūru dzesēšanas sistēmu optimizēšanai.

Visvienkāršākā uzstādīšana ir pašu spēkiem izgatavota gaisa-ūdens apkures sistēma. Tā sastāvēs no diviem kanāliem (viena gaisa padevei un viena izplūdes gāzēm), ventilatora un kompresora.

Jums nav jāpērk jauns kompresors; varat izmantot darbojošos bloku no ledusskapja vai cita aprīkojuma. Ieteicams izmantot spirālveida kompresoru.

Darba posmi:

1. Izveidojiet spoli no vara caurules. Novietojiet cauruli, kurā atrodas aukstumaģents, uz tās.
2. Ievietojiet spoli plastmasas traukā, kas sadalīts uz pusēm. Tas darbosies kā iztvaicētājs.
3. Pievienojiet termostatisko vārstu un izolējiet to.
4. Salieciet visus elementus blokā un pārbaudiet tā funkcionalitāti.

Ir svarīgi atzīmēt, ka šī procedūra vidusmēra cilvēkam ir diezgan sarežģīta. Neprofesionālis nevarēs pareizi salikt visas detaļas un pievienot termostatisko vārstu.

Vislabāk darbu uzticēt profesionāļiem, jo ​​kļūdas procedūrā izraisīs iekārtu darbības traucējumus vai neefektīvu enerģijas patēriņu.

Tādējādi siltumsūknis ir efektīvs veids, kā apsildīt privātmāju. Lai gan šāda veida iekārtas netiek plaši izmantotas Krievijā un NVS valstīs, tās tiek plaši izmantotas apkurei Eiropā un ASV.

Ieteicams izvēlēties atbilstošu siltumsūkni, ņemot vērā ne tikai uzstādīšanas un ekspluatācijas izmaksas, bet arī lietošanas reģionu, būvniecības apstākļus, objekta platību un citus faktorus.