Термопомпа за отопление на дома – принцип на работа, видове и монтаж

Термопомпата е устройство за пренос на топлинна енергия от източник до потребител.

Топлината се пренася спонтанно от горещо тяло към студено. Помпата пренася топлина в обратна посока.

Конструкцията се състои от компресор, терморазширителен вентил, изпарител и кондензатор. Типичен пример за термопомпа е климатикът.

За да определите кой тип помпа да изберете за домашна употреба, се препоръчва да проучите характеристиките на всеки модел и принципите му на работа. Всеки тип има и ограничения, които е важно да се знаят.

Принципът на действие на термопомпите

Термопомпите едва започват да се използват широко в частните домове. Едно от основните предимства на този метод на отопление е е с ниска консумация на енергия, но с високо отделяне на топлинаКласификацията се основава на източника на топлина.

Домашното отоплително устройство работи на принципа, че дадено вещество (хладилният агент) може да освобождава или абсорбира топлинна енергия по време на промяна на агрегатното си състояние. Този принцип е в основата на работата на хладилник (поради което задната част на уреда е гореща).

Термопомпата за отопление функционира както следва:

1. Входящият агент се охлажда с 5 градуса в секцията за изпаряване въз основа на енергията от топлоносителя.
2. Охладеният агент постъпва в компресора, който в резултат на работата си го компресира и нагрява.
3. Вече горещият газ навлиза в отделението за топлообмен, където отдава собствената си топлина на отоплителната система.
4. Кондензираният хладилен агент се връща в началото на цикъла.

Има и някои модели, които могат да работят в обратен режим. Това означава, че могат да се използват дори през лятото за охлаждане на сградата. Топлината се насочва към резервоар и след това се използва за отопление през по-студените месеци.

Устройство

Термопомпата за отопление на дома се състои от няколко основни елемента на веригата:

• верига с охлаждаща течност, която премества енергията от източника на топлина;
• верига с фреон, която периодично се изпарява, отнемайки топлинна енергия от първата верига, и отново се утаява като кондензат, предавайки топлина на третата;
• верига, в която циркулира течност, която действа като топлоносител за отопление.

Устройство за термопомпа

Използването на термопомпа за отопление на дома е икономически ефективно. Това е така, защото устройството не изисква много енергия (и следователно не консумира повече електричество от стандартен домакински уред), но въпреки това произвежда четири пъти повече топлина от консумираната електроенергия.

Също така не е необходимо да се създава отделна кабелна линия за свързване на помпата.

Плюсове и минуси

Преди да решите дали да използвате термопомпа или не, трябва да се запознаете с предимствата и недостатъците на нейната работа. Нека разгледаме по-подробно плюсовете и минусите на използването на термопомпа..

Използване на топлоелектрически централи в света

Практиката за използване на такива отоплителни агрегати по света е била повече от 50 годиниОсновните движещи сили зад това явление бяха нарастващата цена на традиционните енергийни ресурси и широката подкрепа на правителствата в много страни за използването на алтернативни енергийни източници.

Следователно, броят на термопомпите непрекъснато нараства с бързи темпове – до 10–30% годишно, въпреки високите разходи за инсталиране. Броят на такива устройства в момента е над 270.

Термичните системи са най-широко използвани в Съединените щати и Канада, като представляват до половината от инсталациите, използвани в световен мащаб.

Въпреки благоприятните условия за използване на термопомпи, Русия изостава от световните тенденции в тяхното използване. Това вероятно се дължи на нашата вяра в пълната наличност на природни ресурси.

Не всички населени места в страната обаче имат газопроводи. Световният опит с термопомпите показва положителни тенденции в тяхното използване.

Изчисляване на термопомпата

Както споменахме по-горе, нископотенциалните източници на топлина за такива помпи най-често са следните среди:

1. Въздух от външното пространство със средна температура от -15 до +25 градуса.
2. Въздухът идва от отопляемо помещение, температурата му е +15 - +25 градуса.
3. Въздухът от подпочвената сонда се загрява до плюс 4 - 10 градуса.
4. Въздух от геотермални образувания, чиято температура може да бъде 10 градуса или повече.
5. Въздух от дънни сонди на незамръзващи водни басейни с температура 0–10 градуса, включително този, получен в сонди, инсталирани в канали за промишлени отпадъчни води на предприятия.

Метод на изчисление

Всяко термично изчисление е сложен процес, който може да се извърши само от квалифицирани специалисти. Въпреки това, може да се предложи опростена методология, достатъчна за получаване на резултат, определящ избора на конкретен модел агрегат.

Изчислението се свежда до изпълнението на няколко стъпки:

1. Определяне на количеството топлинни загуби през ограждащите елементи на сградата – стени, тавани, тавани, прозорци, врати и др. Това може да се постигне чрез следната зависимост:

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

S – обща площ на всички елементи на ограждането на сградата, м²;

t вн – външна температура, градуси C;

t нар – температура на въздуха във външното пространство, градуси C;

n е коефициент, който отчита конструкцията на сградата; за открити сгради е равен на 1; за сгради с тавански пространства се прилага със стойност 0,9; за помещения, разположени в сутерена, се приема равен на 0,75;

b – коефициент на допълнителни топлинни загуби, в зависимост от вида на сградата и нейното местоположение в климатичните зони на Русия, стойността му може да варира в диапазона от 0,05 до 0,27;

Rт е термичното съпротивление, което трябва да се изчисли допълнително по формулата:

Rт = 1( , m²xC/W, където

• изчислени стойности на топлопроводимостта на материалите на ограждащата конструкция;
• коефициент на разсейване на топлината от вътрешните повърхности;
• същото важи и за външните повърхности.

След извършване на предварителни изчисления, определяме общите топлинни загуби от различни фактори:

Qт.пот = Qок+Qи-QблКъде

Qbl – общ топлопренос от работата на домакински уреди и човешката дейност;

Qи – разходи за енергия за компенсиране на топлинни загуби, дължащи се на течове в ограждащите конструкции.

2. Въз основа на получените резултати можем да изчислим годишното потребление на електроенергия. За целта използваме следното съотношение:

Qгодина = 24x0,63 x Qt.pot x ((dx (tin-toutdoor) : (tin-tout)) (kW/час) годишноКъдето:

• tvn - желаната температурна стойност във вътрешността на къщата;
• tnar – действителна външна температура;
• tнар.ср – средна годишна температура в района;
• d – продължителност на отоплителния период, дни.

3. За да получите по-точно разбиране за термопомпата, трябва да изчислите количеството топлинна мощност, необходимо за загряване на водата в отоплителната система на вашия дом. Това може да се направи с помощта на следната формула за изчисление:

Qhor.v = V x 17 kW/ годишноКъдето:

V – обем на дневната консумация на вода, загрята до 50^О С.

В резултат на това, разходите за енергия за задоволяване на нуждата от отопление и топла вода ще възлизат на:

Q = Qгодина + Qгв, (kW/час годишно).

Препоръчително е полученият резултат да се увеличи с 10%, като се вземе предвид по-интензивната работа на системата по време на пикови натоварвания. Предварителното изчисление на капацитета на термопомпата за отопление на дома позволява точен избор на инсталацията.

За да извършите изчислението, можете да използвате специален калкулатор, те са налични в изобилие в интернет.

Видове термопомпи

Съществуват няколко вида устройства в зависимост от използвания източник на топлина. Принципът на работа на помпата за отопление на дома предполага, че топлината се черпи от източници, които са най-способни да акумулират слънчева енергия през целия сезон.

Следните видове устройства се предлагат за продажба:

• земя (земя - вода);
• въздух (въздух - въздух);
• въздух - вода;
• вода (вода - вода).

Нека ги разгледаме по-подробно по-долу.

Въздух - вода

Как работи помпата ВЪЗДУХ-ВОДА Процесът включва нагряване на охлаждащата течност в термопомпена система с топъл въздух. Вентилатор вкарва топъл въздух от околната среда в системата.

Термопомпа въздух-вода

Там той взаимодейства с хладилния агент, който се нагрява в резултат на това взаимодействие, превръщайки се в газ. След това газът постъпва в компресора, където под налягане се изтласква във вътрешния кондензатор, предавайки топлината си на водата.

Земя - вода

Почвата е най-стабилният и следователно популярен източник на топлина. На дълбочина от 4 до 8 метра температурата е постоянна от 5 до 8 градуса над нулата, а на дълбочина 10 метра се повишава до 10 градуса. Има два основни метода за събиране на топлинна енергия:

• използване на хоризонтален колектор;
• чрез вертикална геотермална сонда.

Първият тип се състои от набор от тръби, положени хоризонтално за пренасяне на охлаждащата течност. Дълбочината на монтаж трябва да се изчислява индивидуално за всеки случай, въз основа на терена, климата и други фактори.

В някои ситуации е препоръчително тръбопроводът да се постави на дълбочината на замръзване на почвата (1,4 - 1,8 м), 2,5 - 3,5 метра (ако е необходимо да се намали температурната разлика и да се постигне по-голяма постоянство) или 1 - 1,3 метра (На тази дълбочина почвата се затопля по-бързо през пролетта.) Понякога дори се инсталира специален колектор, състоящ се от два слоя.

Този тип колектор използва тръби с напречно сечение 25, 32 или 40 мм. Те могат да бъдат положени в различни модели: спираловидни, мълниеносни, серпентинни, кръговидни и др. Ако се използва серпентинна схема, тръбите трябва да са разположени на разстояние от 0,6 до 1 метър една от друга (най-често 80 сантиметра).

За да се изчисли коефициентът на топлопреминаване на тръбопровод, трябва да се вземе предвид видът на почвата. За сух пясък или глина коефициентът на топлопреминаване е съответно 10 и 20 W на линеен метър; за влажна глина коефициентът на топлопреминаване е 25 W; а за глина с високо съдържание на влага коефициентът на топлопреминаване е 35 W.

Недостатъкът на този тип колектор е необходимостта от голяма система. Ако площта на отопляваната къща е 100 квадратни метра, а почвата е от влажна глина, тогава колекторната система ще изисква 400 квадратни метра земя или около 500 квадратни метра.

Като се има предвид, че сгради и други обекти не могат да бъдат разположени на повърхността (може да се постави само тревна площ с едногодишни растения), не всички собственици ще могат да отделят достатъчно свободно пространство.

В този случай вертикалната сонда е по-подходящо решение. Тя се състои от топлообменник, в който тръби са заровени в земята на дълбочина до 200 м. Броят на инсталираните сонди зависи от необходимата отоплителна мощност.

Плитките сондажи трябва да са разположени на разстояние приблизително 5-8 метра един от друг. Пробиването на една тръба на дълбочина 100-200 метра не е рентабилно и са необходими разрешителни от съответните органи. За да се избегне това, е препоръчително да се монтират няколко тръби.

По този начин, единственият недостатък на вертикалните конструкции е високата цена на пробиване на дълбоки кладенци.

Въпреки това обаче, сондата е по-популярно решение, тъй като осигурява достатъчна ефективност без никакви изисквания за площта на обекта или други ограничаващи фактори.

Водата си е вода

Друг популярен източник на топлина за отопление на дома е водата. Има три вида такива системи, в зависимост от източника на течността:

• колектор, поставен на дъното на открит воден басейн (не трябва да замръзва) – морета, реки, езера;
• колектор, разположен в канализацията;
• използване на вода от кладенци или подземни води.

Първият вариант включва поставяне на тръбите за антифриз под вода. За да се предотврати изплуването им на повърхността, те се закрепват с допълнителни тежести. Поради повишената температура на охлаждащата течност, този метод се счита за ефективен, но и рентабилен.

Недостатъкът е, че подобна конструкция може да бъде построена само ако езерото се намира на не повече от 50 метра от имота. В противен случай инсталирането и експлоатацията ще бъдат неикономични. За жителите на крайбрежието обаче термопомпата вода-вода е оптимално решение за отопление на дома.

Използвайки пречистени отпадъчни води и отпадъчни води, изпускани от преработвателни предприятия, колектор може да отоплява многоетажни сгради и промишлени съоръжения и да осигурява топла вода. Тази система рядко се използва за отопление на частни домове, тъй като те често са разположени далеч от централната канализационна система.

Колектор, който събира вода от кладенци или подземни води, се използва по-рядко от други видове. Това се дължи до голяма степен на необходимостта от изграждане на два резервоара. Първият събира течността, която след това предава топлинната си енергия на хладилния агент, докато вторият приема охладената вода.

В някои случаи вместо сондажен кладенец се изгражда перколационен кладенец. Изпускателният кладенец трябва да бъде разположен надолу по течението от нивото на подпочвените води и на 20 метра от оригиналния кладенец.

Тази система е доста труден за инсталиране и поддръжкаРедовното наблюдение на компонентите на помпата за корозия и замърсяване е от съществено значение. Важно е също така да се следи качеството на входящата вода и тя да се филтрира своевременно.

Въздух - въздух

Термопомпите въздух-вода предлагат значително предимство пред други видове устройства. Термопомпата използва само въздух като източник на топлина, което елиминира необходимостта от пробиване на земни кладенци или инсталиране на водни колектори. Следователно, термопомпите въздух-вода са значително по-евтини.

Този тип има най-проста структура и принцип на действие. Въздухът навлиза в изпарителя, където предава топлина на хладилния агент. Тази топлина след това се прехвърля от изпарителя директно към топлоносителя в къщата. Този вид отопление може да бъде представен например чрез вентилационни конвектори (вентилаторни конвектори) или система за подово отопление.

Цената за инсталиране на това устройство е сравнително ниска в сравнение с водните или наземните системи, а ефективността му зависи предимно от температурата на въздуха. Ако живеете в район с топли зими (поне 0°C), този метод се счита за най-рентабилен.

Ако температурата падне под -15 градуса, помпата няма да може да осигури достатъчно отопление на помещението, следователно ще бъде по-подходящо да се използва електрическо или котелно отопление на помещението.

Ако е важно да се работи с въздушна помпа в райони със студени зими, тогава се инсталира допълнителен резервен източник на топлина, който ще бъде свързан по време на силни студове.

В някои случаи е възможно да се инсталира и въздушна система, ако климатът е сух и температурата не пада под -15 градуса.

При влажни и мразовити условия върху корпуса на устройството ще се образува слой лед, който ще попречи на работата му и може да доведе до бърза повреда.

Цени и производители

Приблизителната средна пазарна стойност на оборудването и неговото инсталиране е:

Хоризонтален колектор:

• Помпа – 4500 долара;
• монтаж — 2500 долара;
• оперативни разходи - 350 долара годишно.

Геотермална сонда:

• Помпа – 4500 долара;
• монтаж — 4 500 долара;
• оперативни разходи - 320 долара годишно.

Въздух - за дома:

• Помпа – 6500 долара;
• монтаж — $400;
• оперативни разходи - 480 долара годишно.

Помпа вода-вода за дома:

• Термопомпа – $4500;
• монтаж — 3500 долара;
• оперативни разходи - 280 долара годишно.

Посочените цени не са окончателни. Крайната цена ще зависи от държавата и производителя на устройството, вида на терена, климата, разходите за сондиране, строителните условия и др.

Например, цената на въздушна помпа от руски производител ще бъде около 7 000 долара, докато от чуждестранен производител ще бъде 13 000 долара.

Не забравяйте и за цената на електроенергията. Въпреки че оборудването не консумира много енергия, тези разходи определено трябва да бъдат взети предвид в общата ви оценка и бюджет.

Коя помпа да избера?

За да решите кое устройство да изберете, трябва да вземете предвид следните фактори:

• Приблизителен бюджет – колко пари е готов да похарчи собственикът за инсталиране и свързване на цялата система;
• каква е съществуващата или планираната отоплителна система вътре в къщата - подово отопление, радиатори и др.;
• Колко квадратни метра е готов да отдели собственикът на обекта за създаването на колектор;
• Възможно ли е да се пробие дълбоко?
• необходимостта от геоложко проучване (ако се планира геотермална сонда), за да се определи на каква дълбочина трябва да бъде разположен колекторът;
• Необходимо ли е да се регулира въздушният поток през лятото?
• Ще бъдат инсталирани устройства за отопление на въздуха?

При избора на термопомпа се препоръчва да се обърне внимание на „коефициента на топлинна трансформация“ (обозначен като ϕ). Той определя ефективността на устройството. Ако при покупката е посочено ϕ=4, тогава при консумация на електроенергия от 1 kW, термопомпата ще произведе 4 kW топлинна енергия.

Когато планирате бюджета си, е важно да вземете предвид не само покупната цена на помпата, но и бъдещите експлоатационни разходи. Тези фактори често се различават.

Например, инсталирането на система въздух-вода ще има ниски разходи за монтаж, но ще изисква значителни експлоатационни разходи поради ниската си ефективност. Ако трябва да сведете до минимум експлоатационните разходи, тогава вертикалната термопомпа земя-вода е правилният избор.

Цената на земна или водна система и нейното инсталиране е доста висока и изисква значителна първоначална инвестиция. Въпреки това, термопомпа, използвана за отопление, ще се изплати в рамките на 5-10 години. Следователно решението за закупуване на това устройство трябва да се основава на финансовите възможности и строителните условия на сградата (местоположение, климат и др.).

Ако например дълбокото сондиране не е възможно на даден обект, площта му не позволява поставянето на хоризонтален колектор и наблизо няма водни басейни, единственото решение е инсталирането на термопомпа въздух-вода за отопление на къщата.

Направи си сам инсталация

Ако собственикът на жилището е добре запознат с принципите на работа и схемата на оборудването, той може сам да сглоби помпата. Необходими са обаче предварителни изчисления; за това използвайте готов софтуер за оптимизиране на охладителни системи.

Най-лесният монтаж е самостоятелно инсталирана отоплителна система въздух-вода. Тя ще се състои от два канала (един за подаване на въздух и един за отвеждане на отработените газове), вентилатор и компресор.

Не е нужно да купувате нов компресор; можете да използвате работещ агрегат от хладилник или друго оборудване. Препоръчва се спирален компресор.

Етапи на работа:

1. Направете серпентина от медна тръба. Поставете тръбата, през която тече хладилният агент, отгоре.
2. Монтирайте серпентината в пластмасов контейнер, разделен наполовина. Той ще действа като изпарител.
3. Свържете термостатичния вентил и го изолирайте.
4. Сглобете всички елементи в блок и проверете неговата функционалност.

Важно е да се отбележи, че тази процедура е доста сложна за обикновения човек. Непрофесионалист няма да може правилно да сглоби всички части и да свърже термостатичния вентил.

Най-добре е да поверите работата на професионалисти, тъй като грешките в процедурата ще доведат до неизправност на оборудването или неефективна консумация на енергия.

По този начин, термопомпата е ефективен начин за отопление на частен дом. Въпреки че този тип оборудване не се използва широко в Русия и ОНД, то се използва широко за отопление в Европа и САЩ.

Препоръчително е да изберете подходяща термопомпа, базирайки се не само на разходите за монтаж и експлоатация, но и на района на употреба, строителните условия, площта на обекта и други фактори.