Ev ısıtması için ısı pompası – çalışma prensibi, çeşitleri ve kurulumu

Isı pompası, ısı enerjisini bir kaynaktan bir tüketiciye aktarmak için kullanılan bir cihazdır.

Isı, kendiliğinden sıcak bir cisimden soğuk bir cisme aktarılır. Pompa ise ısıyı ters yönde aktarır.

Tasarım, bir kompresör, bir termal genleşme valfi, bir evaporatör ve bir kondenserden oluşur. Tipik bir ısı pompası örneği, klima cihazıdır.

Ev kullanımı için hangi pompa tipini seçeceğinize karar verirken, her modelin özelliklerini ve çalışma prensiplerini incelemeniz önerilir. Her tipin ayrıca farkında olmanız gereken önemli sınırlamaları da vardır.

Isı pompalarının çalışma prensibi

Isı pompaları özel konutlarda yaygın olarak kullanılmaya yeni başlandı. Bu ısıtma yönteminin başlıca avantajlarından biri şudur: Düşük güç tüketimi, ancak yüksek ısı üretimi söz konusudur.Sınıflandırma, ısı kaynağına göre yapılır.

Ev ısıtma cihazları, bir maddenin (soğutucu akışkanın) hal değişimi sırasında ısı enerjisi salabileceği veya emebileceği ilkesine göre çalışır. Bu ilke, buzdolabının çalışma prensibinin temelini oluşturur (bu nedenle cihazın arkası sıcaktır).

Isıtma ısı pompası aşağıdaki şekilde çalışır:

1. Gelen madde, ısı taşıyıcısından gelen enerjiye bağlı olarak buharlaşma bölümünde 5 derece soğutulur.
2. Soğutulan madde kompresöre girer ve kompresörün çalışması sonucunda sıkıştırılarak ısıtılır.
3. Zaten sıcak olan gaz, ısı değişim bölmesine girer ve burada kendi ısısını ısıtma sistemine verir.
4. Yoğunlaşmış soğutucu akışkan, döngünün başlangıç ​​noktasına geri döner.

Ayrıca ters yönde çalışabilen bazı modeller de mevcuttur. Bu, binayı soğutmak için yaz aylarında bile kullanılabilecekleri anlamına gelir. Isı depolanır ve daha sonra soğuk aylarda ısıtma için kullanılır.

Cihaz

Bir evin ısıtılması için kullanılan ısı pompası, çeşitli temel devre elemanlarından oluşur:

• Isı kaynağından enerjiyi uzaklaştıran bir soğutucu akışkan içeren devre;
• Periyodik olarak buharlaşan, birinci devreden ısı enerjisi alan ve tekrar yoğunlaşarak üçüncü devreye ısı aktaran freon içeren bir devre;
• Isıtma için ısı taşıyıcı görevi gören bir sıvının dolaştığı bir devre.

Isı pompası cihazı

Bir evi ısıtmak için ısı pompası kullanmak maliyet açısından verimlidir. Bunun nedeni, cihazın çok az güç gerektirmesi (ve bu nedenle standart bir ev aletinden daha fazla elektrik tüketmemesi) ve buna rağmen tüketilen elektriğin dört katı kadar ısı üretmesidir.

Pompayı bağlamak için ayrı bir kablo hattı oluşturmaya da gerek yoktur.

Artıları ve eksileri

Isı pompası kullanıp kullanmamaya karar vermeden önce, çalışma prensiplerinin avantaj ve dezavantajlarını iyice öğrenmelisiniz. Isı pompası kullanmanın avantaj ve dezavantajlarına daha yakından bakalım..

Dünyada termik santrallerin kullanımı

Dünyada bu tür ısıtma ünitelerinin kullanım uygulaması şu şekildedir: 50 yılı aşkın süredirBu olayın ardındaki temel itici güçler, geleneksel enerji kaynaklarının artan maliyeti ve birçok ülkedeki hükümetlerin alternatif enerji kaynaklarının kullanımına yönelik yaygın desteğiydi.

Bu nedenle, ısı pompalarının sayısı sürekli olarak yüksek bir oranda artmaktadır. yılda %10-30'a kadarYüksek kurulum maliyetlerine rağmen, bu tür cihazların sayısı şu anda 270'in üzerinde.

Isı yalıtım sistemleri en yaygın olarak Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da kullanılmakta olup, dünya genelindeki kurulumların yarısına kadarını oluşturmaktadır.

Isı pompalarının kullanımı için elverişli koşullara rağmen, Rusya bu konuda küresel trendlerin gerisinde kalmaktadır. Bunun nedeni muhtemelen doğal kaynaklarımızın tamamen kullanılabilir olduğuna olan inancımızdır.

Ancak, ülkenin tüm yerleşim bölgelerinde doğalgaz boru hatları bulunmamaktadır. Isı pompalarıyla ilgili küresel deneyimler, kullanımlarında olumlu eğilimler olduğunu göstermektedir.

Isı pompası hesaplaması

Yukarıda da belirttiğimiz gibi, bu tür pompalar için düşük potansiyelli ısı kaynakları çoğunlukla aşağıdaki ortamlardır:

1. Dışarıdan alınan havanın ortalama sıcaklığı -15 ile +25 derece arasındadır.
2. Hava, sıcaklığı +15 - +25 derece olan ısıtılmış bir odadan geliyor.
3. Toprak altı sondasından gelen hava +4 - 10 dereceye kadar ısıtıldı.
4. Jeotermal oluşumlardan gelen havanın sıcaklığı 10 derece veya daha fazla olabilir.
5. Donmayan su kütlelerinin dibinden alınan ve sıcaklığı 0-10 derece arasında değişen hava örnekleri; bu örnekler arasında işletmelerin endüstriyel atık su kanallarına yerleştirilen sondalardan elde edilen hava örnekleri de bulunmaktadır.

Hesaplama yöntemi

Herhangi bir termal hesaplama, yalnızca nitelikli uzmanlar tarafından gerçekleştirilebilen karmaşık bir süreçtir. Bununla birlikte, belirli bir ünite modelinin seçimini belirleyen bir sonuç elde etmek için yeterli olan basitleştirilmiş bir metodoloji önerilebilir.

Hesaplama, bir dizi adımın gerçekleştirilmesine indirgeniyor:

1. Bir binanın dış cephe elemanlarından kaynaklanan ısı kaybı miktarının belirlenmesi – duvarlar, tavanlar, çatı katları, pencereler, kapılar vb. Bu, aşağıdaki ilişki kullanılarak gerçekleştirilebilir:

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

S – tüm bina dış cephe elemanlarının toplam alanı, m²;

t вн – dış ortam sıcaklığı, santigrat derece;

t nar – dış mekândaki hava sıcaklığı, santigrat derece;

n, bina yapısını dikkate alan bir katsayıdır; açık binalar için 1'e eşittir; çatı katı olan binalar için 0,9 değeri uygulanır; bodrum katında bulunan mekanlar için ise 0,75 olarak alınır;

b – ilave ısı kaybı katsayısı; binanın türüne ve Rusya'nın iklim bölgelerindeki konumuna bağlı olarak değeri 0,05 ile 0,27 arasında değişebilir;

Rт, termal dirençtir ve aşağıdaki formül kullanılarak ayrıca hesaplanmalıdır:

Rт = 1( , m²xC/W, burada

• Çevreleyen yapı malzemelerinin hesaplanan ısı iletkenlik değerleri;
• İç yüzeylerden ısı dağılım katsayısı;
• Dış yüzeyler için de aynı durum geçerlidir.

Ön hesaplamaları yaptıktan sonra, çeşitli faktörlerden kaynaklanan toplam ısı kayıplarını belirliyoruz:

Qт.пот = Qок+Qи-Qбл, Nerede

Qbl – ev aletlerinin çalışması ve insan faaliyetlerinden kaynaklanan toplam ısı transferi;

Qi – yapıdaki sızıntılardan kaynaklanan ısı kayıplarını telafi etmenin enerji maliyeti.

2. Elde edilen sonuçlara dayanarak yıllık elektrik talebini hesaplayabiliriz. Bunu yapmak için aşağıdaki oranı kullanıyoruz:

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

• tvn - evin iç mekanında istenen sıcaklık değeri;
• t nar – gerçek dış ortam sıcaklığı;
• tнар.ср – bölgedeki ortalama yıllık sıcaklık;
• d – ısıtma süresinin uzunluğu, gün.

3. Isı pompası hakkında daha doğru bir anlayışa sahip olmak için, evinizin ısıtma sistemindeki suyu ısıtmak için gereken ısı çıkış miktarını hesaplamanız gerekir. Bu, aşağıdaki hesaplama formülü kullanılarak yapılabilir:

Qhor.v = V x 17 kW/yıl, Nerede:

V – 50 dereceye kadar ısıtılmış suyun günlük tüketim hacmi^O İLE.

Sonuç olarak, ısıtma ve sıcak su ihtiyacını karşılamanın enerji maliyetleri şu şekilde olacaktır:

Q = Qyıl + Qgv (kW/saat/yıl).

Sistemde en yüksek yük dönemlerinde daha yoğun çalışma göz önüne alındığında, elde edilen sonucun %10 artırılması önerilir. Ev ısıtması için ısı pompası kapasitesinin ön hesaplaması, kurulumun doğru bir şekilde seçilmesine olanak tanır.

Hesaplamayı yapmak için özel bir hesap makinesi kullanabilirsiniz, internette bunlardan bolca mevcuttur.

Isı pompası çeşitleri

Kullanılan ısı kaynağına bağlı olarak çeşitli cihaz türleri mevcuttur. Ev tipi ısıtma pompalarının çalışma prensibi, ısının mevsim boyunca güneş enerjisini en iyi şekilde biriktirebilen kaynaklardan çekildiğini varsayar.

Aşağıdaki cihaz türleri satışa sunulmuştur:

• yer (toprak - su);
• hava (hava - hava);
• hava - su;
• su (su - su).

Şimdi bunları aşağıda daha detaylı inceleyelim.

Hava - su

Pompa nasıl çalışır? HAVA-SU Bu işlem, ısı pompası sistemindeki soğutucu sıvının sıcak hava ile ısıtılmasını içerir. Bir fan, çevredeki ortamdan sıcak havayı sisteme doğru iter.

Hava-Su Isı Pompası

Orada soğutucu maddeyle etkileşime girer ve bu etkileşim sonucunda ısınarak gaza dönüşür. Gaz daha sonra kompresöre girer ve burada basınç altında iç kondansatöre itilir ve ısısını suya aktarır.

Dünya - su

Toprak, en istikrarlı ve bu nedenle en popüler ısı kaynağıdır. 4 ila 8 metre derinlikte sıcaklık 5 ila 8 derece arasında sabit kalırken, 10 metre derinlikte 10 dereceye kadar yükselir. Isı enerjisi toplamanın iki ana yöntemi vardır:

• yatay bir toplayıcı kullanarak;
• dikey bir jeotermal sonda vasıtasıyla.

Birinci tip, soğutma sıvısını taşımak için yatay olarak döşenmiş bir boru sisteminden oluşur. Kurulum derinliği, arazi, iklim ve diğer faktörlere bağlı olarak her durum için ayrı ayrı hesaplanmalıdır.

Bazı durumlarda boru hattının toprağın donma derinliğine (1,4 - 1,8 m) yerleştirilmesi tavsiye edilir. 2,5 - 3,5 metre (Sıcaklık farkını azaltmak ve daha fazla istikrar sağlamak gerekirse) veya 1 - 1,3 metre (Bu derinlikte toprak ilkbaharda daha hızlı ısınır.) Bazen iki katmandan oluşan özel bir toplama sistemi bile kurulur.

Bu tip kolektörlerde kesit çapı 25, 32 veya 40 mm olan borular kullanılır. Borular çeşitli şekillerde döşenebilir: spiral, yıldırım, serpantin, halka vb. Serpantin deseni kullanılıyorsa, borular 0,6 ila 1 metre (çoğunlukla 80 santimetre) aralıklarla yerleştirilmelidir.

Bir boru hattının ısı transfer hızını hesaplamak için toprak tipi dikkate alınmalıdır. Kuru kum veya kil için ısı transfer hızı sırasıyla metre başına 10 ve 20 W'tır; ıslak kil için ısı transfer hızı 25 W'tır; yüksek nem içeriğine sahip kil için ise ısı transfer hızı 35 W'tır.

Bu tip kolektörün dezavantajı, büyük bir sisteme ihtiyaç duyulmasıdır. Isıtılacak evin alanı 100 metrekare ise ve toprak ıslak kilden oluşuyorsa, kolektör sistemi 400 metrekare veya yaklaşık 500 metrekarelik bir araziye ihtiyaç duyacaktır.

Yüzeyde bina ve diğer nesnelerin yerleştirilemeyeceği (sadece 1 yıllık bitkilerle kaplı bir çim alan oluşturulabileceği) göz önüne alındığında, tüm mülk sahiplerinin yeterli boş alan ayırması mümkün olmayacaktır.

Bu durumda, dikey bir prob daha uygun bir çözümdür. Boruların 200 metreye kadar toprağa gömüldüğü bir ısı eşanjöründen oluşur. Kurulacak prob sayısı, gerekli ısıtma gücüne bağlıdır.

Sığ sondaj kuyuları yaklaşık 5-8 metre aralıklarla açılmalıdır. 100-200 metre derinliğe tek bir boru döşemek maliyet açısından verimli değildir ve ilgili mercilerden izin alınması da gereklidir. Bunu önlemek için birden fazla boru döşenmesi tavsiye edilir.

Dolayısıyla, dikey yapıların tek dezavantajı derin kuyuların açılmasının yüksek maliyetidir.

Ancak buna rağmen, sondaj yöntemi daha popüler bir çözümdür, çünkü saha alanı veya diğer sınırlayıcı faktörler için herhangi bir gereksinim olmaksızın yeterli verimlilik sağlar.

Su sudur.

Ev ısıtmasında kullanılan bir diğer popüler ısı kaynağı ise sudur. Sıvının kaynağına bağlı olarak üç farklı sistem türü vardır:

• Açık bir su kütlesinin dibine yerleştirilen (donmaması gereken) bir su toplama kabı – denizler, nehirler, göller;
• Kanalizasyonda bulunan bir toplayıcı;
• Kuyulardan veya yer altı sularından su kullanarak.

İlk seçenek, antifriz borularını su altına yerleştirmeyi içerir. Yüzeye çıkmalarını önlemek için ek ağırlıklarla sabitlenirler. Soğutucunun yüksek sıcaklığı nedeniyle bu yöntem etkili ve maliyet açısından da uygun kabul edilir.

Olumsuz yanı ise, böyle bir yapının ancak göletin mülke 50 metreden daha yakın bir mesafede bulunması durumunda inşa edilebilmesidir. Aksi takdirde, kurulum ve işletme ekonomik olmayacaktır. Bununla birlikte, kıyı sakinleri için su kaynaklı ısı pompası en uygun ev ısıtma çözümüdür.

Arıtılmış atık su ve proses tesislerinden deşarj edilen atık su kullanılarak, bir kolektör çok katlı binaları ve endüstriyel tesisleri ısıtabilir ve sıcak su sağlayabilir. Bu sistem, genellikle merkezi kanalizasyon sisteminden uzakta bulundukları için özel konutların ısıtılmasında nadiren kullanılır.

Kuyu veya yer altı sularından su toplayan bir kolektör, diğer tiplere göre daha az sıklıkla kullanılır. Bunun başlıca nedeni, iki çukur inşa etme gerekliliğidir. Birinci çukur sıvıyı toplar ve bu sıvı daha sonra ısı enerjisini soğutucuya aktarırken, ikinci çukur soğutulmuş suyu alır.

Bazı durumlarda, sondaj kuyusu yerine sızma kuyusu açılır. Boşaltma kuyusu, yeraltı suyu seviyesinin aşağısında ve orijinal kuyudan 20 metre uzakta bulunmalıdır.

Bu sistem oldukça kurulumu ve bakımı zorPompa bileşenlerinin korozyon ve kirlenme açısından düzenli olarak izlenmesi şarttır. Ayrıca gelen suyun kalitesinin izlenmesi ve derhal filtrelenmesi de önemlidir.

Hava - hava

Hava kaynaklı ısı pompaları, diğer ünite türlerine göre belirgin bir avantaja sahiptir. Isı pompası, ısı kaynağı olarak yalnızca havayı kullanır; bu da yer altı kuyuları açma veya su toplayıcıları kurma ihtiyacını ortadan kaldırır. Sonuç olarak, hava kaynaklı ısı pompaları önemli ölçüde daha ucuzdur.

Bu tip, en basit yapıya ve çalışma prensibine sahiptir. Hava, evaporatöre girer ve burada soğutucu akışkana ısı aktarır. Bu ısı daha sonra evaporatörden doğrudan evin içindeki ısı taşıyıcısına aktarılır. Bu ısıtma türü, örneğin havalandırma konvektörleri (fan coil'ler) veya yerden ısıtma sistemi ile temsil edilebilir.

Bu cihazın kurulum maliyeti, su veya toprak bazlı sistemlere kıyasla nispeten düşüktür ve verimliliği esas olarak hava sıcaklığına bağlıdır. Kışları ılık geçen (en az 0°C) bir bölgede yaşıyorsanız, bu yöntem en uygun maliyetli yöntem olarak kabul edilir.

Sıcaklık -15 derecenin altına düşerse, pompa odayı yeterince ısıtamaz; bu nedenle, odayı elektrikli veya kombi ile ısıtmak daha uygun olacaktır.

Soğuk kışların yaşandığı bölgelerde hava pompasının çalıştırılması önemliyse, şiddetli donlar sırasında devreye girecek ek bir yedek ısı kaynağı kurulur.

İklimin kuru olduğu ve sıcaklığın belirli bir derecenin altına düşmediği bazı durumlarda da klima sistemi kurmak mümkündür.15 derece.

Nemli ve soğuk koşullarda, cihazın gövdesinde bir buz tabakası oluşacak ve bu da cihazın çalışmasını engelleyerek kısa sürede arızalanmasına neden olabilir.

Fiyatlar ve üreticiler

Ekipmanın ve kurulumunun yaklaşık ortalama piyasa değeri şöyledir:

Yatay toplayıcı:

• Pompa – 4500 dolar;
• Kurulum — 2500 dolar;
• İşletme maliyeti - yıllık 350 dolar.

Jeotermal sonda:

• Pompa – 4500 dolar;
• Kurulum — 4.500 dolar;
• İşletme maliyeti - yıllık 320 dolar.

Hava - ev için:

• Pompa – 6500 dolar;
• Kurulum — 400 dolar;
• İşletme maliyeti - yıllık 480 dolar.

Ev tipi su-su pompası:

• Isı pompası – 4500 dolar;
• Kurulum — 3.500 dolar;
• İşletme maliyeti - yıllık 280 dolar.

Listelenen fiyatlar nihai değildir. Nihai maliyet, cihazın üretildiği ülke ve üreticiye, arazi tipine, iklime, sondaj maliyetlerine, inşaat koşullarına vb. bağlı olacaktır.

Örneğin, Rus bir üreticinin hava pompasının fiyatı yaklaşık 7.000 dolar olurken, yabancı bir üreticininki 13.000 dolar olacaktır.

Elektrik maliyetini de unutmayın. Ekipman çok fazla güç tüketmese de, bu giderler mutlaka genel tahmininize ve bütçenize dahil edilmelidir.

Hangi pompayı seçmeliyim?

Hangi cihazı seçeceğinize karar verirken aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurmalısınız:

• Tahmini bütçe – işletme sahibinin tüm sistemi kurmak ve bağlamak için harcamaya razı olduğu para miktarı;
• Evin içindeki mevcut veya planlanan ısıtma sistemi nedir - yerden ısıtma, radyatör vb.?
• Arsa sahibi, bir kolektör oluşturulması için arazide kaç metrekarelik bir alanı tahsis etmeye razı?
• Derine sondaj yapmak mümkün mü?
• Jeotermal sondalama planlanıyorsa, toplayıcının ne kadar derinliğe yerleştirilmesi gerektiğini belirlemek için jeolojik bir araştırmaya ihtiyaç duyulması;
• Yaz aylarında hava akışını düzenlemek gerekli midir?
• Hava ısıtma cihazları kurulacak mı?

Isı pompası seçerken, "ısı dönüşüm katsayısına" (ϕ ile gösterilir) dikkat edilmesi önerilir. Bu katsayı, cihazın verimliliğini belirler. Satın alma sırasında ϕ=4 belirtilmişse, 1 kW elektrik tüketimiyle ısı pompası 4 kW termal enerji üretecektir.

Bütçenizi planlarken, yalnızca pompanın satın alma maliyetini değil, gelecekteki işletme maliyetlerini de göz önünde bulundurmanız önemlidir. Bu faktörler genellikle farklılık gösterir.

Örneğin, hava-su ısıtma sistemi düşük kurulum maliyetine sahip olacaktır, ancak düşük verimliliği nedeniyle önemli işletme maliyetleri gerektirecektir. İşletme maliyetlerini en aza indirmek istiyorsanız, dikey toprak kaynaklı ısı pompası en uygun çözümdür.

Toprak veya su bazlı bir sistemin maliyeti ve kurulumu oldukça yüksektir ve önemli bir başlangıç ​​yatırımı gerektirir. Bununla birlikte, ısıtma amacıyla kullanılan bir ısı pompası 5-10 yıl içinde kendini amorti edecektir. Bu nedenle, bu cihazı satın alma kararı, mali olanaklara ve binanın inşaat koşullarına (konum, iklim vb.) bağlı olarak verilmelidir.

Örneğin, bir arazide derin sondaj mümkün değilse, arazi yatay kolektör yerleştirilmesine izin vermiyorsa ve yakınlarda su kaynağı yoksa, tek çözüm evi ısıtmak için hava kaynaklı ısı pompası kurmaktır.

Kendin Yap kurulumu

Ev sahibi ekipmanın çalışma prensipleri ve devre tasarımı konusunda bilgiliyse, pompayı kendisi monte edebilir. Ancak, ön hesaplamalar gereklidir; bunun için soğutma sistemlerini optimize etmek için hazır yazılımlar kullanılabilir.

En basit kurulum, kendin yap hava-su ısıtma sistemidir. Bu sistem iki kanaldan (biri hava beslemesi, diğeri egzoz için), bir fandan ve bir kompresörden oluşacaktır.

Yeni bir kompresör almanıza gerek yok; buzdolabından veya başka bir ekipmandan çalışan bir ünite kullanabilirsiniz. Scroll kompresör önerilir.

Çalışmanın aşamaları:

1. Bakır borudan bir bobin yapın. Soğutucu akışkan taşıyan boruyu üstüne yerleştirin.
2. Bobini ikiye bölünmüş plastik bir kabın içine yerleştirin. Bu, buharlaştırıcı görevi görecektir.
3. Termostatik vanayı bağlayın ve yalıtın.
4. Tüm elemanları bir blok halinde bir araya getirin ve işlevselliğini kontrol edin.

Şunu belirtmekte fayda var ki, bu işlem ortalama bir kişi için oldukça karmaşıktır. Profesyonel olmayan bir kişi tüm parçaları düzgün bir şekilde bir araya getirip termostatik vanayı bağlayamaz.

İşlemdeki hatalar ekipman arızasına veya verimsiz enerji tüketimine neden olacağından, işi profesyonellere emanet etmek en iyisidir.

Dolayısıyla, ısı pompası özel bir evi ısıtmanın etkili bir yoludur. Bu tür ekipmanlar Rusya ve BDT ülkelerinde yaygın olarak kullanılmasa da, Avrupa ve ABD'de ısıtma amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Uygun ısı pompasının seçiminde sadece kurulum ve işletme maliyetinin değil, kullanım bölgesi, inşaat koşulları, arsa alanı ve diğer faktörlerin de dikkate alınması önerilir.