Varmepumpe for oppvarming av bolig – driftsprinsipp, typer og installasjon

En varmepumpe er en enhet for å overføre termisk energi fra en kilde til en forbruker.

Varme overføres spontant fra et varmt legeme til et kaldt. Pumpen overfører varme i motsatt retning.

Konstruksjonen består av en kompressor, en termisk ekspansjonsventil, en fordamper og en kondensator. Et typisk eksempel på en varmepumpe er et klimaanlegg.

For å bestemme hvilken type pumpe man skal velge til hjemmebruk, anbefales det å studere egenskapene til hver modell og deres driftsprinsipper. Hver type har også begrensninger som det er viktig å være klar over.

Virkemåten til varmepumper

Varmepumper har så vidt begynt å bli mye brukt i private hjem. En av hovedfordelene med denne oppvarmingsmetoden er har lavt strømforbruk, men høy varmeutviklingKlassifiseringen er basert på varmekilden.

En oppvarmingsenhet i hjemmet fungerer etter prinsippet om at et stoff (kjølemediet) kan frigjøre eller absorbere varmeenergi under en tilstandsendring. Dette prinsippet ligger til grunn for driften av et kjøleskap (som er grunnen til at baksiden av apparatet er varmt).

Varmepumpen fungerer som følger:

1. Det innkommende mediet avkjøles med 5 grader i fordampningsdelen basert på energien fra varmebæreren.
2. Det avkjølte mediet kommer inn i kompressoren, som komprimerer og varmer det opp som et resultat av driften.
3. Den allerede varme gassen går inn i varmevekslerrommet, hvor den avgir sin egen varme til varmesystemet.
4. Det kondenserte kjølemediet går tilbake til starten av syklusen.

Det finnes også noen modeller som kan operere i reversmodus. Dette betyr at de kan brukes selv om sommeren til å kjøle ned bygningen. Varmen sendes til lagring og brukes deretter til oppvarming i de kaldere månedene.

Enhet

En varmepumpe for oppvarming av et hjem består av flere grunnleggende kretselementer:

• en krets med et kjølemiddel som flytter energi fra varmekilden;
• en krets med freon, som med jevne mellomrom fordamper, tar termisk energi fra den første kretsen, og igjen legger seg som kondensat, og overfører varme til den tredje;
• en krets der en væske sirkulerer, som fungerer som en varmebærer for oppvarming.

Varmepumpeenhet

Det er kostnadseffektivt å bruke en varmepumpe til å varme opp et hjem. Dette er fordi enheten ikke krever mye strøm (og derfor ikke bruker mer strøm enn et vanlig husholdningsapparat), men den produserer fire ganger mer varme enn strømmen som forbrukes.

Det er heller ikke behov for å lage en separat ledningslinje for å koble til pumpen.

Fordeler og ulemper

Før du bestemmer deg for om du skal bruke en varmepumpe eller ikke, bør du gjøre deg kjent med fordelene og ulempene ved driften. La oss se nærmere på fordeler og ulemper ved å bruke en varmepumpe..

Bruk av termiske kraftverk i verden

Praksisen med å bruke slike varmeenheter i verden har vært i mer enn 50 årDe viktigste drivkreftene bak dette fenomenet var de økende kostnadene for tradisjonelle energiressurser og den utbredte støtten fra myndigheter i mange land for bruk av alternative energikilder.

Derfor vokser antallet varmepumper stadig i høy hastighet – opptil 10–30 % per år, til tross for de høye installasjonskostnadene. Antallet slike enheter er for tiden over 270.

Termiske systemer er mest brukt i USA og Canada, og står for opptil halvparten av installasjonene som brukes over hele verden.

Til tross for gunstige forhold for bruk av varmepumper, henger Russland etter globale trender i bruken. Dette skyldes sannsynligvis vår tro på vår fulle tilgjengelighet av naturressurser.

Imidlertid har ikke alle befolkede områder i landet gassrørledninger. Global erfaring med varmepumper indikerer positive trender i bruken av dem.

Beregning av varmepumpe

Som vi nevnte ovenfor, er lavpotensielle varmekilder for slike pumper oftest følgende medier:

1. Luft utenfra med en gjennomsnittstemperatur på -15 til +25 grader.
2. Luften kommer fra et oppvarmet rom, temperaturen er +15 - +25 grader.
3. Luft fra undergrunnssonden varmes opp til pluss 4–10 grader.
4. Luft fra geotermiske formasjoner, hvis temperatur kan være 10 grader eller mer.
5. Luft fra bunnsonder i ikke-frysende vannforekomster med en temperatur på 0–10 grader, inkludert luft fra sonder installert i industrielle avløpskanaler i bedrifter.

Beregningsmetode

Enhver termisk beregning er en kompleks prosess som kun kan utføres av kvalifiserte spesialister. Imidlertid kan en forenklet metode foreslås som er tilstrekkelig til å oppnå et resultat som avgjør valget av en bestemt enhetsmodell.

Beregningen går ut på å utføre en rekke trinn:

1. Bestemmelse av mengden varmetap gjennom de omsluttende elementene i en bygning – vegger, tak, loft, vinduer, dører osv. Dette kan oppnås ved å bruke følgende forhold:

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

S – totalt areal av alle bygningsinnkapslingselementer, m²;

t vn – utetemperatur, grader C;

t nar – lufttemperatur i uterommet, grader C;

n er en koeffisient som tar hensyn til bygningsstrukturen; for åpne bygninger er den lik 1; for bygninger med loftsrom brukes den med en verdi på 0,9; for lokaler i kjelleren tas den som lik 0,75;

b – koeffisient for ekstra varmetap, avhengig av bygningstype og beliggenhet i Russlands klimasoner, kan verdien variere innenfor området 0,05–0,27;

Rт er den termiske motstanden, som i tillegg må beregnes ved hjelp av formelen:

Rт = 1( , m²xC/W, hvor

• beregnede verdier for varmeledningsevne til omsluttende strukturmaterialer;
• varmespredningskoeffisient fra indre overflater;
• det samme for utvendige overflater.

Etter å ha utført foreløpige beregninger, bestemmer vi det totale varmetapet fra ulike faktorer:

Qt.pot = Qok+Qi-QblHvor

Qbl – total varmeoverføring fra drift av husholdningsapparater og menneskelig aktivitet;

Qи – energikostnader for å kompensere for varmetap på grunn av lekkasjer i de omsluttende konstruksjonene.

2. Basert på resultatene som er oppnådd, kan vi beregne det årlige strømbehovet. For å gjøre dette bruker vi følgende forholdstall:

Qår = 24x0,63 x Qt.pot x ((dx (tinn-utendørs) : (tinn-ut)) (kW/time) per årHvor:

• tvn - ønsket temperaturverdi i husets indre;
• t nar – faktisk utetemperatur;
• tнар.ср – gjennomsnittlig årstemperatur i regionen;
• d – varigheten av oppvarmingsperioden, dager.

3. For å få en mer nøyaktig forståelse av en varmepumpe, må du beregne mengden varmeeffekt som kreves for å varme opp vannet i husets varmesystem. Dette kan gjøres ved hjelp av følgende beregningsformel:

Qhor.v = V x 17 kW/ per årHvor:

V – volum av daglig forbruk av vann oppvarmet til 50^Å MED.

Som et resultat vil energikostnadene for å dekke behovet for varme og varmtvann utgjøre:

Q = Qår + Qgv, (kW/time per år).

Det anbefales å øke det oppnådde resultatet med 10 %, tatt i betraktning den mer intensive driften av systemet under toppbelastninger. En foreløpig beregning av varmepumpekapasiteten for oppvarming av boligen muliggjør et nøyaktig valg av installasjon.

For å utføre beregningen kan du bruke en spesiell kalkulator, de er tilgjengelige i overflod på Internett.

Typer varmepumper

Det finnes flere typer enheter avhengig av hvilken varmekilde som brukes. Driftsprinsippet til en varmepumpe forutsetter at varmen hentes fra kilder som er best i stand til å akkumulere solenergi gjennom hele sesongen.

Følgende typer enheter er tilgjengelige for salg:

• bakken (jord - vann);
• luft (luft - luft);
• luft - vann;
• vann (vann - vann).

La oss se nærmere på dem nedenfor.

Luft - vann

Hvordan pumpen fungerer LUFT-VANN Prosessen innebærer å varme opp kjølevæsken i et varmepumpesystem med varm luft. En vifte presser varm luft fra omgivelsene inn i systemet.

Luft-til-vann-varmepumpe

Der samhandler den med kjølemediet, som varmes opp som et resultat av denne interaksjonen og omdannes til en gass. Gassen går deretter inn i kompressoren, hvor den under trykk presses inn i den interne kondensatoren og overfører varmen til vannet.

Jord - vann

Jord er den mest stabile og derfor populære varmekilden. På en dybde på 4 til 8 meter er temperaturen konstant på 5 til 8 grader over null, og på en dybde på 10 meter stiger den til 10 grader. Det finnes to hovedmetoder for å samle inn termisk energi:

• bruk av en horisontal samler;
• ved hjelp av en vertikal geotermisk sonde.

Den første typen består av et sett med rør som legges horisontalt for å føre kjølevæsken. Installasjonsdybden må beregnes individuelt for hvert tilfelle, basert på terreng, klima og andre faktorer.

I noen situasjoner er det tilrådelig å plassere rørledningen på jordens frysedybde (1,4–1,8 m), 2,5–3,5 meter (hvis det er nødvendig å redusere temperaturforskjellen og oppnå større konstantitet) eller 1–1,3 meter (På denne dybden varmes jorden opp raskere om våren.) Noen ganger installeres det til og med en spesiell kollektor bestående av to lag.

Denne typen kollektor bruker rør med et tverrsnitt på 25, 32 eller 40 mm. De kan legges i forskjellige mønstre: spiral, lyn, serpentin, sløyfe osv. Hvis det brukes et serpentinmønster, bør rørene plasseres med 0,6 til 1 meters mellomrom (vanligst 80 centimeter).

For å beregne varmeoverføringshastigheten til en rørledning må jordtypen tas i betraktning. For tørr sand eller leire er varmeoverføringshastigheten henholdsvis 10 og 20 W per løpemeter; for våt leire er varmeoverføringshastigheten 25 W; og for leire med høyt fuktighetsinnhold er varmeoverføringshastigheten 35 W.

Ulempen med denne typen kollektor er behovet for et stort system. Hvis husets oppvarmede areal er 100 kvadratmeter, og jorden består av våt leire, vil kollektorsystemet kreve 400 kvadratmeter land, eller omtrent 500 kvadratmeter.

Med tanke på at bygninger og andre gjenstander ikke kan plasseres på overflaten (bare en plen med 1 år gamle planter kan plasseres), vil ikke alle eiere kunne tildele nok ledig plass.

I dette tilfellet er en vertikal sonde en mer passende løsning. Den består av en varmeveksler der rør er gravd ned i bakken til en dybde på opptil 200 m. Antall installerte sonder avhenger av den nødvendige varmeeffekten.

Grunne borehull bør ha en avstand på omtrent 5–8 meter. Det er ikke kostnadseffektivt å bore ett enkelt rør 100–200 meter dypt, og det kreves også tillatelser fra relevante myndigheter. For å unngå dette anbefales det å installere flere rør.

Dermed er den eneste ulempen med vertikale strukturer den høye kostnaden ved å bore dype brønner.

Til tross for dette er sonden en mer populær løsning, da den gir tilstrekkelig effektivitet uten krav til områdets areal eller andre begrensende faktorer.

Vann er vann

En annen populær varmekilde for oppvarming av boliger er vann. Det finnes tre typer slike systemer, avhengig av væskekilden:

• en oppsamler plassert på bunnen av et åpent vann (den skal ikke fryse) – hav, elver, innsjøer;
• en oppsamler plassert i kloakken;
• ved å bruke vann fra brønner eller grunnvann.

Det første alternativet innebærer å plassere frostvæskerørene under vann. For å hindre at de stiger opp til overflaten, er de sikret med ekstra vekter. På grunn av den forhøyede temperaturen på kjølevæsken anses denne metoden som effektiv, men kostnadseffektiv.

Ulempen er at en slik konstruksjon bare kan bygges hvis dammen ikke ligger lenger enn 50 meter fra eiendommen. Ellers vil installasjon og drift være uøkonomisk. For kystbeboere er imidlertid en vannkildevarmepumpe en optimal løsning for oppvarming av hjemmet.

Ved å bruke renset avløpsvann og avløpsvann som slippes ut fra prosessanlegg, kan en samler varme opp bygninger i flere etasjer og industrianlegg og levere varmtvann. Dette systemet brukes sjelden til oppvarming av private hjem, da de ofte ligger langt fra det sentrale kloakksystemet.

En oppsamler som samler vann fra brønner eller grunnvann brukes sjeldnere enn andre typer. Dette skyldes i stor grad behovet for å bygge to groper. Den første samler væsken, som deretter overfører sin termiske energi til kjølemediet, mens den andre mottar det avkjølte vannet.

I noen tilfeller konstrueres en perkolasjonsbrønn i stedet for et borehull. Utløpsbrønnen bør plasseres nedstrøms grunnvannsnivået og 20 meter unna den opprinnelige brønnen.

Dette systemet er ganske vanskelig å installere og vedlikeholdeRegelmessig overvåking av pumpekomponenter for korrosjon og forurensning er viktig. Det er også viktig å overvåke kvaliteten på det innkommende vannet og filtrere det raskt.

Luft - luft

Luft-til-luft-varmepumper tilbyr en klar fordel i forhold til andre typer enheter. En varmepumpe bruker kun luft som varmekilde, noe som eliminerer behovet for å bore grunnbrønner eller installere vannoppsamlere. Følgelig er luft-til-luft-varmepumper betydelig billigere.

Denne typen har den enkleste strukturen og driftsprinsippet. Luft kommer inn i fordamperen, hvor den overfører varme til kjølemediet. Denne varmen overføres deretter fra fordamperen til varmebæreren direkte i huset. Denne typen oppvarming kan for eksempel representeres av ventilasjonskonvektorer (viftekonvektorer) eller et gulvvarmesystem.

Installasjonskostnaden for denne enheten er relativt lav sammenlignet med vann- eller bakkebaserte systemer, og effektiviteten avhenger først og fremst av lufttemperaturen. Hvis du bor i et område med varme vintre (minst 0 °C), regnes denne metoden som den mest kostnadseffektive.

Hvis temperaturen synker under -15 grader, vil ikke pumpen kunne gi tilstrekkelig oppvarming av rommet, derfor vil det være mer hensiktsmessig å bruke elektrisk eller kjeleoppvarming av rommet.

Hvis det er viktig å bruke en luftpumpe i regioner med kalde vintre, installeres en ekstra backup-varmekilde, som vil bli koblet til under alvorlig frost.

Det er også mulig i noen tilfeller å installere et luftsystem hvis klimaet er tørt og temperaturen ikke synker under -15 grader.

Under fuktige og frostfulle forhold vil det dannes et islag på enhetens kropp, noe som vil forstyrre enhetens drift og kan føre til at den raskt svikter.

Priser og produsenter

Den omtrentlige gjennomsnittlige markedsverdien for utstyret og installasjonen er:

Horisontal samler:

• Pumpe – 4500 dollar;
• installasjon — 2500 dollar;
• driftskostnader - 350 dollar per år.

Geotermisk sonde:

• Pumpe – 4500 dollar;
• installasjon — 4500 dollar;
• driftskostnader - 320 dollar per år.

Luft - for hjemmet:

• Pumpe – 6500 dollar;
• installasjon — 400 dollar;
• driftskostnader - 480 dollar per år.

Vann-til-vann-pumpe for hjemmet:

• Varmepumpe – 4500 dollar;
• installasjon — 3500 dollar;
• driftskostnader - 280 dollar per år.

Prisene som er oppført er ikke endelige. Den endelige kostnaden vil avhenge av landet og produsenten av enheten, terrengtype, klima, borekostnader, byggeforhold osv.

For eksempel vil prisen på en luftpumpe fra en russisk produsent være omtrent 7000 dollar, mens den fra en utenlandsk vil være 13 000 dollar.

Ikke glem strømkostnadene heller. Selv om utstyret ikke bruker mye strøm, bør disse utgiftene absolutt tas med i betraktningen i det totale estimatet og budsjettet.

Hvilken pumpe skal man velge?

For å bestemme hvilken enhet du skal velge, bør du vurdere følgende faktorer:

• Estimert budsjett – hvor mye penger eieren er villig til å bruke på å installere og koble til hele systemet;
• hva er det eksisterende eller planlagte varmesystemet inne i huset - gulvvarme, radiator osv.;
• Hvor mange kvadratmeter er eieren villig til å sette av på tomten for opprettelse av en samler;
• Er det mulig å bore dypt?
• behovet for en geologisk undersøkelse (hvis en geotermisk sonde er planlagt) for å bestemme hvor dypt kollektoren skal plasseres;
• Er det nødvendig å behandle luftstrømmen om sommeren?
• Vil det bli installert luftvarmeenheter?

Når du velger en varmepumpe, anbefales det å være oppmerksom på "varmetransformasjonskoeffisienten" (betegnet som ϕ). Den bestemmer enhetens effektivitet. Hvis ϕ=4 er spesifisert ved kjøp, vil varmepumpen produsere 4 kW termisk energi med et strømforbruk på 1 kW.

Når du planlegger budsjettet, er det viktig å ikke bare vurdere pumpens innkjøpskostnad, men også fremtidige driftskostnader. Disse faktorene varierer ofte.

For eksempel vil installasjon av et luft-til-vann-system ha lave installasjonskostnader, men det vil kreve betydelige driftskostnader på grunn av lav effektivitet. Hvis du trenger å minimere driftskostnadene, er en vertikal jordvarmepumpe veien å gå.

Kostnaden for et jord- eller vannbasert system og installasjonen av dette er ganske høy, og krever en betydelig initial investering. En varmepumpe som brukes til oppvarming vil imidlertid betale seg selv innen 5–10 år. Derfor bør beslutningen om å kjøpe denne enheten være basert på økonomiske muligheter og bygningens konstruksjonsforhold (plassering, klima osv.).

Hvis for eksempel dypboring ikke er mulig på et område, arealet ikke tillater plassering av en horisontal kollektor, og det ikke er vann i nærheten, er den eneste løsningen å installere en luft-til-luft-varmepumpe for å varme opp huset.

Gjør-det-selv-installasjon

Hvis huseieren er godt kjent med driftsprinsippene og kretsdesignet til utstyret, kan de montere pumpen selv. Imidlertid kreves det foreløpige beregninger; for dette, bruk ferdig programvare for optimalisering av kjølesystemer.

Den minst kompliserte installasjonen er et hjemmelaget luft-til-vann-varmesystem. Det vil bestå av to kanaler (en for lufttilførsel og en for avtrekk), en vifte og en kompressor.

Du trenger ikke å kjøpe en ny kompressor; du kan bruke en fungerende enhet fra et kjøleskap eller annet utstyr. En scrollkompressor anbefales.

Arbeidsfaser:

1. Lag en spole av kobberrør. Plasser røret som fører kjølemediet oppå.
2. Monter spolen i en plastbeholder delt i to. Dette vil fungere som fordamper.
3. Koble til termostatventilen og isoler den.
4. Sett sammen alle elementene til en blokk og sjekk funksjonaliteten.

Det er viktig å merke seg at denne prosedyren er ganske kompleks for den gjennomsnittlige personen. En ikke-profesjonell vil ikke være i stand til å montere alle delene ordentlig og koble til termostatventilen.

Det er best å overlate arbeidet til fagfolk, da feil i prosedyren vil føre til funksjonsfeil på utstyret eller ineffektivt strømforbruk.

Dermed er en varmepumpe en effektiv måte å varme opp et privat hjem på. Selv om denne typen utstyr ikke er mye brukt i Russland og SNG, er det mye brukt til oppvarming i Europa og USA.

Det anbefales å velge riktig varmepumpe basert ikke bare på installasjons- og driftskostnader, men også på bruksområdet, byggeforholdene, tomtearealet og andre faktorer.