Princip rada kruga dizalice topline. Dizalica topline zrak-zrak: princip rada, projektiranje, izbor i proračun. Video: kako radi hladnjak s kompresorom

Situacija je takva da je trenutno najpopularniji način grijanja doma korištenje kotlova za grijanje - plina, krutog goriva, dizela i mnogo rjeđe - električne. Ali tako jednostavni i istovremeno visokotehnološki sustavi kao što su dizalice topline nisu postali široko rasprostranjeni, i to s dobrim razlogom. Za one koji vole i znaju sve izračunati unaprijed, njihove su prednosti očite. Dizalice topline za grijanje ne sagorijevaju nezamjenjive rezerve prirodnih resursa, što je izuzetno važno ne samo sa stajališta zaštite okoliša, već vam omogućuje i uštedu energije, jer one svake godine postaju sve skuplje. Osim toga, uz pomoć toplinskih pumpi možete ne samo grijati prostor, već i grijati toplu vodu za potrebe kućanstva, te klimatizirati prostor u ljetnim vrućinama.

Princip rada dizalice topline

Pogledajmo pobliže princip rada dizalice topline. Prisjetite se kako radi hladnjak. Toplina proizvoda smještenih u njemu ispumpava se i baca na radijator koji se nalazi na stražnjoj stijenci. To možete lako provjeriti dodirom. Skoro isti princip kućanskih klima uređaja: pumpaju toplinu iz prostorije i bacaju je na radijator koji se nalazi na vanjski zid zgrada.

Rad dizalice topline, hladnjaka i klima uređaja temelji se na Carnotovom ciklusu.

1. Rashladna tekućina, koja se kreće duž izvora niskotemperaturne topline, na primjer, tla, zagrijava se za nekoliko stupnjeva.
2. Zatim ulazi u izmjenjivač topline koji se naziva isparivač. U isparivaču rashladno sredstvo predaje akumuliranu toplinu rashladnom sredstvu. Rashladno sredstvo je posebna tekućina koja se na niskim temperaturama pretvara u paru.
3. Preuzimajući temperaturu rashladnog sredstva, zagrijano rashladno sredstvo pretvara se u paru i ulazi u kompresor. Kompresor komprimira rashladno sredstvo, tj. porast njegovog tlaka, zbog čega se povećava i njegova temperatura.
4. Vruće, komprimirano rashladno sredstvo ulazi u drugi izmjenjivač topline koji se naziva kondenzator. Ovdje rashladno sredstvo prenosi svoju toplinu na drugu rashladnu tekućinu, koja se nalazi u sustavu grijanja kuće (voda, antifriz, zrak). Ovo hladi rashladno sredstvo i pretvara ga natrag u tekućinu.
5. Zatim, rashladno sredstvo ulazi u isparivač, gdje se zagrijava novim dijelom zagrijane rashladne tekućine, a ciklus se ponavlja.

Dizalica topline za rad zahtijeva električnu energiju. Ali još uvijek je mnogo isplativije nego koristiti samo električni grijač. Budući da električni kotao ili električna grijalica troši točno onoliko električne energije koliko proizvodi topline. Na primjer, ako grijač ima nazivnu snagu od 2 kW, tada troši 2 kW na sat i proizvodi 2 kW topline. Dizalica topline proizvodi 3 do 7 puta više topline nego što troši električne energije. Na primjer, za rad kompresora i pumpe troši se 5,5 kW/sat, a proizvedena toplina je 17 kW/sat. Upravo je ta visoka učinkovitost glavna prednost dizalice topline.

Prednosti i nedostaci sustava grijanja toplinskom pumpom

Oko dizalica topline kruže mnoge legende i zablude, unatoč činjenici da one nisu tako inovativan ili visokotehnološki izum. Uz pomoć dizalica topline griju se sve “tople” države u SAD-u, gotovo cijela Europa i Japan, gdje je tehnologija odavno razrađena gotovo do savršenstva. Usput, ne biste trebali misliti da je takva oprema čisto strana tehnologija i da nam je došla nedavno. Uostalom, još u SSSR-u takve su jedinice korištene u eksperimentalnim postrojenjima. Primjer za to je sanatorij Družba u gradu Jalti. Osim po futurističkoj arhitekturi, koja podsjeća na "kolibu na kokošjim nogama", ovo lječilište poznato je i po tome što se od 80-ih godina 20. stoljeća za grijanje koristi industrijskim dizalicama topline. Izvor topline je obližnje more, a crpna stanica ne samo da zagrijava sve prostorije lječilišta, već i pruža Vruća voda, zagrijava vodu u bazenu i hladi je tijekom vruće sezone. Pa pokušajmo razriješiti mitove i utvrditi ima li smisla grijati svoj dom na ovaj način.

Prednosti sustava grijanja s dizalicom topline:

• Ušteda energije. U vezi s rastućim cijenama plina i dizelskog goriva, ovo je vrlo važna prednost. U stupcu “mjesečni troškovi” pojavit će se samo električna energija, za koju je, kako smo već napisali, potrebno puno manje nego što je stvarno proizvedena toplinska energija. Kada kupujete jedinicu, morate obratiti pozornost na takav parametar kao što je koeficijent transformacije topline "ϕ" (može se također nazvati koeficijent transformacije topline, koeficijent transformacije snage ili temperature). Prikazuje omjer količine topline i utrošene energije. Na primjer, ako je ϕ=4, tada ćemo pri potrošnji od 1 kW/sat dobiti 4 kW/sat toplinske energije.
• Ušteda na održavanju. Dizalica topline ne zahtijeva nikakav poseban tretman. Troškovi njegovog održavanja su minimalni.
• Može se instalirati na bilo kojem mjestu. Izvori niskotemperaturne topline za rad dizalice topline mogu biti tlo, voda ili zrak. Gdje god izgradili kuću, čak iu stjenovitom području, uvijek će postojati prilika da pronađete "hranu" za jedinicu. U područjima udaljenim od plinovoda, ovo je jedan od najoptimalnijih sustava grijanja. Čak iu regijama bez dalekovoda, možete ugraditi benzinski ili dizelski motor kako biste osigurali rad kompresora.
• Nije potrebno nadzirati rad pumpe, dodajte gorivo, kao što je slučaj s kotlom na kruta goriva ili dizel. Cjelokupni sustav grijanja s dizalicom topline je automatiziran.
• Mozes ici u dugoročno i ne bojati se da će se sustav zamrznuti. Istovremeno možete uštedjeti novac ugradnjom pumpe kako biste osigurali temperaturu od +10 °C u dnevnoj sobi.
• Sigurno za okoliš. Za usporedbu, pri korištenju tradicionalnih kotlova koji sagorijevaju gorivo, uvijek se stvaraju različiti oksidi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, kao rezultat toga, fosforna, dušična, sumporna kiselina i benzojevi spojevi talože se oko kuće na tlu. Kada dizalica topline radi, ništa se ne emitira. A rashladna sredstva koja se koriste u sustavu su apsolutno sigurna.
• Ovdje se također može primijetiti očuvanje nezamjenjivih prirodnih resursa planeta.
• Sigurnost za ljude i imovinu. Ništa se u dizalici topline ne zagrijava dovoljno da izazove pregrijavanje ili eksploziju. Osim toga, u njemu jednostavno nema što eksplodirati. Stoga se može klasificirati kao potpuno vatrootporna jedinica.
• Dizalice topline uspješno rade i pri temperaturi okoline od -15 °C. Dakle, ako netko misli da takav sustav može grijati kuću samo u regijama s toplim zimama do +5 °C, onda se vara.
• Reverzibilnost toplinske pumpe. Neosporna prednost je svestranost instalacije, s kojom možete grijati zimi i hladiti ljeti. Za vrućih dana dizalica topline uzima toplinu iz prostorije i šalje je u tlo u pohranu, odakle će je zimi ponovno uzeti. Imajte na umu da nemaju sve dizalice topline obrnutu mogućnost, već samo neki modeli.
• Izdržljivost. Uz pravilnu njegu, sustavi grijanja s toplinskom pumpom mogu živjeti od 25 do 50 godina bez remont, a samo jednom u 15 - 20 godina potrebno je zamijeniti kompresor.

Nedostaci sustava grijanja s toplinskom pumpom:

• Velika početna ulaganja. Osim što su cijene dizalica topline za grijanje prilično visoke (od 3.000 do 10.000 USD), tu je i dodatni trošak za opremanje geotermalni sustav morat ćete potrošiti ništa manje nego na samu pumpu. Izuzetak je dizalica topline zrak, koja ne zahtijeva dodatne radove. Toplinska pumpa se neće uskoro isplatiti (za 5 - 10 godina). Dakle, odgovor na pitanje koristiti li toplinsku pumpu za grijanje ovisi o preferencijama vlasnika, njegovim financijskim mogućnostima i uvjetima gradnje. Na primjer, u regiji gdje opskrba plinovoda i spajanje na njega košta isto kao i dizalica topline, ima smisla dati prednost potonjem.

• U regijama gdje zimske temperature padaju ispod -15 °C, mora se koristiti dodatni izvor topline. To se zove bivalentni sustav grijanja, u kojem dizalica topline daje toplinu dok je ulica do -20 ° C, a kada se ne može nositi, na primjer, električna grijalica ili plinski kotao, ili generator topline priključen je.

• Toplinsku pumpu preporučljivo je koristiti u sustavima s niskotemperaturnim rashladnim sredstvom, kao što je sustav "toplog poda".(+35 °C) i ventilokonvektorske jedinice(+35 - +45 °C). Ventilokonvektori Oni su ventilatorski konvektor u kojem se toplina/hladnoća prenosi iz vode u zrak. Za ugradnju takvog sustava u staru kuću bit će potrebna potpuna ponovna izgradnja i rekonstrukcija, što će podrazumijevati dodatne troškove. Ovo nije nedostatak kada se gradi novi dom.
• Ekološka prihvatljivost dizalica topline, uzimajući toplinu iz vode i tla, donekle relativno.Činjenica je da se tijekom rada prostor oko cijevi rashladne tekućine hladi, a to remeti uspostavljeni ekosustav. Uostalom, čak iu dubinama tla žive anaerobni mikroorganizmi, osiguravajući vitalnu aktivnost više složeni sustavi. S druge strane, u usporedbi s proizvodnjom plina ili nafte, šteta od dizalice topline je minimalna.

Izvori topline za rad dizalice topline

Dizalice topline preuzimaju toplinu iz onih prirodnih izvora koji akumuliraju sunčevo zračenje tijekom toplog razdoblja. Dizalice topline razlikuju se ovisno o izvoru topline.

Temeljni premaz

Tlo je najstabilniji izvor topline koja se akumulira tijekom sezone. Na dubini od 5 - 7 m temperatura tla je gotovo uvijek konstantna i iznosi približno +5 - +8 °C, a na dubini od 10 m uvijek je konstantna +10 °C. Postoje dva načina prikupljanja topline iz zemlje.

Horizontalni zemljani kolektor To je vodoravno položena cijev kroz koju cirkulira rashladna tekućina. Dubina horizontalnog kolektora izračunava se individualno ovisno o uvjetima, ponekad je 1,5 - 1,7 m - dubina smrzavanja tla, ponekad niža - 2 - 3 m radi veće temperaturne stabilnosti i manje razlike, a ponekad samo 1 - 1,2. m - ovdje se tlo počinje brže zagrijavati u proljeće. Postoje slučajevi kada se postavlja dvoslojni vodoravni kolektor.

Horizontalne kolektorske cijevi mogu imati različite promjere: 25 mm, 32 mm i 40 mm. Oblik njihovog rasporeda također može biti različit - zmija, petlja, cik-cak, razne spirale. Razmak između cijevi u zmiji mora biti najmanje 0,6 m, a obično je 0,8 - 1 m.

Specifično odvođenje topline po dužnom metru cijevi ovisi o strukturi tla:

• Suhi pijesak - 10 W / m;
• Suha glina - 20 W / m;
• Glina je vlažnija - 25 W / m;
• Glina s vrlo visokim sadržajem vode - 35 W/m.

Za grijanje kuće površine 100 m2, pod uvjetom da je tlo vlažna glina, trebat će vam 400 m2 površine za kolektor. Ovo je dosta - 4 - 5 hektara. A uzimajući u obzir činjenicu da na ovom mjestu ne bi trebalo biti zgrada i dopušteni su samo travnjak i cvjetnjaci s godišnjim cvijećem, ne može si svatko priuštiti opremanje horizontalnog kolektora.

Posebna tekućina teče kroz cijevi kolektora, također se naziva "salamura" ili antifriz, na primjer, 30% otopina etilen glikola ili propilen glikola. "Slamurica" ​​prikuplja toplinu iz tla i šalje se u dizalicu topline, gdje je prenosi na rashladno sredstvo. Ohlađena "salamura" ponovno teče u zemljani kolektor.

Vertikalna sonda tla je sustav cijevi ukopanih do 50 - 150 m. To može biti samo jedna cijev u obliku slova U, spuštena na veću dubinu od 80 - 100 m i ispunjena betonskim mortom. Ili možda sustav cijevi u obliku slova U spuštenih 20 m za prikupljanje energije s veće površine. Izvođenje radova bušenja do dubine od 100 - 150 m nije samo skupo, već zahtijeva i dobivanje posebne dozvole, zbog čega se često pribjegavaju lukavosti i opremaju nekoliko sondi male dubine. Razmak između ovakvih sondi je 5 - 7 m.

Specifično odvođenje topline od vertikalnog kolektora također ovisi o stijeni:

• Suhe sedimentne stijene - 20 W/m;
• Sedimentne stijene zasićene vodom i kamenito tlo - 50 W/m;
• Stjenovita tla s visokim koeficijentom toplinske vodljivosti - 70 W / m;
• Podzemna (podzemna) voda - 80 W/m.

Površina potrebna za vertikalni kolektor je vrlo mala, ali je cijena njihove ugradnje viša nego kod horizontalnog kolektora. Prednost vertikalnog kolektora je i stabilnija temperatura i veći odvod topline.

Voda

Voda se kao izvor topline može koristiti na različite načine.

Sakupljač na dnu otvorenog rezervoara koji se ne smrzava- rijeke, jezera, mora - predstavljaju cijevi sa "slanom vodom", potopljene uz pomoć tereta. Zbog visoke temperature rashladne tekućine, ova metoda je najprofitabilnija i najekonomičnija. Samo oni od kojih se rezervoar nalazi ne dalje od 50 m mogu instalirati kolektor vode, inače se gubi učinkovitost instalacije. Kao što razumijete, nemaju svi takve uvjete. Ali ne koristiti dizalice topline za priobalje jednostavno je kratkovidno i glupo.

Kolektor u kanalizacijskim odvodima ili otpadne vode iz tehničkih instalacija mogu se koristiti za grijanje kuća pa čak i visokih zgrada i industrijskih poduzeća unutar grada, kao i za pripremu tople vode. Što se uspješno radi u nekim gradovima naše domovine.

Bunar ili podzemna voda koristi se rjeđe od ostalih kolektora. Takav sustav podrazumijeva izgradnju dva bunara, iz jednog se uzima voda koja svoju toplinu predaje rashladnom sredstvu u dizalici topline, a u drugi se ispušta ohlađena voda. Umjesto bunara može postojati filtracijski bunar. U svakom slučaju, ispusni bunar treba biti smješten na udaljenosti od 15 - 20 m od prvog, pa čak i nizvodno (podzemna voda također ima svoj tok). Ovaj sustav je prilično težak za rukovanje, jer se mora pratiti kvaliteta ulazne vode - filtrirati, zaštititi od korozije i kontaminacije dijelova toplinske pumpe (isparivač).

Zrak

Najviše jednostavan dizajn Ima sustav grijanja s toplinskom pumpom izvora zraka. Nije potreban dodatni kolektor. Zrak iz okoline izravno ulazi u isparivač, gdje svoju toplinu predaje rashladnom sredstvu, koje zauzvrat prenosi toplinu rashladnom sredstvu unutar kuće. To može biti zrak za ventilokonvektore ili voda za grijane podove i radijatore.

Troškovi instalacije dizalice topline zrak su minimalni, ali izvedba instalacije uvelike ovisi o temperaturi zraka. U regijama s toplim zimama (do +5 - 0 °C) ovo je jedan od najekonomičnijih izvora topline. Ali ako temperatura zraka padne ispod -15 °C, performanse padaju toliko da nema smisla koristiti crpku, a isplativije je uključiti konvencionalni električni grijač ili bojler.

Recenzije toplinskih pumpi za grijanje s izvorom zraka vrlo su kontradiktorne. Sve ovisi o regiji njihove upotrebe. Povoljno ih je koristiti u regijama s toplim zimama, na primjer, u Sočiju, gdje vam čak nije potreban rezervni izvor topline u slučaju jakih mrazova. Također je moguće instalirati toplinske pumpe zrak u područjima gdje je zrak relativno suh, a temperatura zimi pada do -15 °C. Ali u vlažnoj i hladnoj klimi takve instalacije pate od zaleđivanja i smrzavanja. Ledenice koje se lijepe za ventilator onemogućuju normalan rad cijelog sustava.

Grijanje toplinskom pumpom: cijena sustava i pogonski troškovi

Snaga dizalice topline odabire se ovisno o funkcijama koje će joj biti dodijeljene. Ako je samo grijanje, tada se izračuni mogu napraviti u posebnom kalkulatoru koji uzima u obzir toplinske gubitke zgrade. Inače, najbolji učinak toplinske pumpe je kada toplinski gubitak zgrade nije veći od 80 - 100 W/m2. Radi jednostavnosti, pretpostavimo da je za grijanje kuće od 100 m2 sa stropovima visokim 3 m i gubitkom topline od 60 W/m2 potrebna pumpa snage 10 kW. Za zagrijavanje vode morat ćete uzeti jedinicu s rezervom snage - 12 ili 16 kW.

Cijena toplinske pumpe ovisi ne samo o snazi, već io pouzdanosti i zahtjevima proizvođača. Na primjer, jedinica ruske proizvodnje od 16 kW koštat će 7000 dolara, a strana pumpa RFM 17 snage 17 kW košta oko 13 200 dolara. sa svom pripadajućom opremom osim razdjelnika.

Sljedeća linija troškova bit će raspored rezervoara. Ovisi i o snazi ​​instalacije. Na primjer, za kuću od 100 m2, u kojoj su posvuda postavljeni podni grijani (100 m2) ili radijatori za grijanje od 80 m2, kao i za zagrijavanje vode na +40 °C s volumenom od 150 l/sat. treba bušiti bunare za kolektore. Takav vertikalni kolektor koštat će 13.000 USD.

Kolektor na dnu rezervoara koštat će nešto manje. Pod istim uvjetima koštat će 11.000 USD. Ali bolje je provjeriti troškove instaliranja geotermalnog sustava kod specijaliziranih tvrtki; oni mogu uvelike varirati. Na primjer, ugradnja horizontalnog kolektora za pumpu od 17 kW koštat će samo 2500 USD. A za dizalicu topline zrak, kolektor uopće nije potreban.

Ukupna cijena toplinske pumpe je 8000 USD. U prosjeku, izgradnja kolektora je 6000 USD. prosjek.

Mjesečni trošak grijanja toplinskom pumpom uključuje samo troškovi električne energije. Mogu se izračunati na sljedeći način: potrošnja energije mora biti naznačena na pumpi. Na primjer, za gore spomenutu pumpu od 17 kW, potrošnja energije je 5,5 kW/h. Ukupno sustav grijanja radi 225 dana u godini, tj. 5400 sati. S obzirom da dizalica topline i kompresor u njoj rade ciklički, potrošnja energije mora biti prepolovljena. Iza sezona grijanja Potrošit će se 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW.

Množimo broj potrošenih kW s cijenom energije u vašoj regiji. Na primjer, 0,05 USD za 1 kW/sat. Ukupno će se godišnje potrošiti 742,5 USD. Za svaki mjesec u kojem je dizalica topline radila za grijanje košta 100 USD. troškovi električne energije. Ako podijelite troškove na 12 mjeseci, tada dobijete 60 USD mjesečno.

Imajte na umu da što je niža potrošnja energije dizalice topline, to su niži mjesečni troškovi. Na primjer, postoje pumpe od 17 kW koje troše samo 10 000 kW godišnje (košta 500 cu). Također je važno da je učinak dizalice topline to veći što je manja temperaturna razlika između izvora topline i rashladne tekućine u sustavu grijanja. Zato kažu da je isplativije postaviti tople podove i ventilokonvektore. Iako se mogu ugraditi i standardni radijatori grijanja s visokotemperaturnim rashladnim sredstvom (+65 - +95 °C), ali s dodatnim akumulatorom topline, na primjer, kotao za neizravno grijanje. Za dodatno zagrijavanje tople vode koristi se i bojler.

Dizalice topline imaju prednost kada se koriste u bivalentnim sustavima. Osim pumpe, možete instalirati solarni kolektor, koji će pumpu moći u potpunosti opskrbiti električnom energijom ljeti, kada radi za hlađenje. Za zimsko osiguranje možete dodati generator topline koji će grijati vodu za opskrbu toplom vodom i visokotemperaturne radijatore.

Imajući u svom domu hladnjake i klima uređaje, malo ljudi zna da je u njima implementiran princip rada dizalice topline.

Otprilike 80% snage koju proizvede dizalica topline dolazi iz okolne topline u obliku difuznog sunčevog zračenja. Upravo ga ova pumpa jednostavno "pumpa" s ulice u kuću. Rad dizalice topline sličan je principu rada hladnjaka, samo je drugačiji smjer prijenosa topline.

Jednostavno rečeno…

Da biste ohladili bocu mineralne vode, stavite je u hladnjak. Hladnjak mora “uzeti” dio toplinske energije iz boce i, prema zakonu održanja energije, negdje ga premjestiti i odati. Hladnjak prenosi toplinu na radijator koji se obično nalazi na stražnjoj stijenci. Istovremeno se radijator zagrijava, ispuštajući svoju toplinu u prostoriju. Zapravo, zagrijava sobu. To je osobito vidljivo u malim minimarketima ljeti, kada je nekoliko hladnjaka uključeno u sobi.

Pozivamo vas da zamislite svoju maštu. Pretpostavimo da ćemo u hladnjak stalno stavljati tople predmete koji će, hladeći ih, zagrijavati zrak u prostoriji. Idemo do “krajnosti”... Smjestimo hladnjak unutra prozorski otvor s vratima zamrzivača otvorenima prema van. Radijator hladnjaka bit će smješten u zatvorenom prostoru. Tijekom rada, hladnjak će hladiti vanjski zrak, prenoseći "preuzetu" toplinu u prostoriju. Tako radi dizalica topline koja uzima raspršenu toplinu iz okoline i prenosi je u prostoriju.

Gdje pumpa dobiva toplinu?

Princip rada dizalice topline temelji se na “iskorištavanju” prirodnih niskopotencijalnih izvora topline iz okoliša.

Mogu biti:

• samo vanjski zrak;
• toplina vodenih tijela (jezera, mora, rijeke);
• toplina tla, podzemne vode (termalne i arteške).

Kako radi dizalica topline i sustav grijanja s njom?

Toplinska pumpa je integrirana u sustav grijanja koji se sastoji od 2 kruga + treći krug - sustav same pumpe. Rashladna tekućina koja se ne smrzava cirkulira duž vanjskog kruga, koji apsorbira toplinu iz okolnog prostora.

Dolaskom u toplinsku pumpu, točnije u njen isparivač, rashladna tekućina ispušta prosječno 4 do 7 °C rashladnom sredstvu toplinske pumpe. A vrelište mu je -10 °C. Kao rezultat, rashladno sredstvo ključa i zatim prelazi u plinovito stanje. Rashladna tekućina vanjskog kruga, već ohlađena, ide na sljedeći "okret" u sustavu za postavljanje temperature.

Funkcionalni krug dizalice topline uključuje:

• isparivač;
• kompresor (električni);
• kapilara;
• kondenzator;
• rashladno sredstvo;
• termostatski regulacijski uređaj.

Proces izgleda otprilike ovako!

Rashladno sredstvo koje je "kuhalo" u isparivaču dovodi se kroz cjevovod do kompresora na struju. Ovaj "vrijedan radnik" komprimira plinovito rashladno sredstvo na visokotlačni, što, prema tome, dovodi do povećanja njegove temperature.

Sada vrući plin zatim ulazi u drugi izmjenjivač topline, koji se naziva kondenzator. Ovdje se toplina rashladnog sredstva prenosi na sobni zrak ili rashladnu tekućinu, koja cirkulira kroz unutarnji krug sustava grijanja.

Rashladno sredstvo se hladi dok se istovremeno pretvara u tekućinu. Zatim prolazi kroz kapilarni ventil za smanjenje tlaka, gdje "gubi" tlak i vraća se u isparivač.

Ciklus je zatvoren i spreman za ponavljanje!

Približan izračun toplinskog kapaciteta instalacije

Unutar jednog sata kroz vanjski kolektor kroz pumpu teče do 2,5-3 m 3 rashladne tekućine koju zemlja može zagrijati za ∆t = 5-7 °C.

Za izračun toplinske snage takvog kruga upotrijebite formulu:

Q = (T_1 - T_2)*V_toplina

V_heat - volumetrijski protok rashladne tekućine po satu (m^3/sat);

T_1 - T_2 - temperaturna razlika između ulaza i ulaza (°C).

Vrste dizalica topline

Dizalice topline klasificiraju se prema vrsti raspršene topline koja se koristi:

• podzemna voda (koristite zatvorene konture tla ili duboke geotermalne sonde i sustav grijanja vode za prostorije);
• voda-voda (koriste otvorene bunare za prikupljanje i ispuštanje podzemne vode - vanjski krug nije petlja, unutarnji sustav grijanja je voda);
• voda-zrak (korištenje vanjskih krugova vode i sustava grijanja tipa zraka);
• (korištenje raspršene topline iz vanjskih zračnih masa zajedno sa sustavom grijanja zraka za kuću).

Prednosti i prednosti dizalica topline

Isplativ. Princip rada dizalice topline ne temelji se na proizvodnji, već na prijenosu (transportu) toplinske energije, pa se može tvrditi da je njezina učinkovitost veća od jedan. Kakva glupost? - kažete tema toplinske pumpe uključuje vrijednost - koeficijent pretvorbe topline (HCT). Po ovom se parametru jedinice slične vrste uspoređuju jedna s drugom. Njegovo fizičko značenje je pokazati omjer količine primljene topline i količine energije utrošene za to. Na primjer, uz KPT = 4,8, 1 kW električne energije koju crpka potroši omogućit će nam da dobijemo 4,8 kW topline besplatno, odnosno besplatno iz prirode.

Univerzalna sveprisutnost primjene. Čak iu nedostatku dostupnih električnih vodova, kompresor dizalice topline može se napajati pomoću dizel pogona. A "prirodna" toplina dostupna je u svakom kutku planeta - dizalica topline neće ostati "gladna".

Ekološki prihvatljiva upotreba. U dizalici topline nema produkata izgaranja, a njezina niska potrošnja energije manje „pokreće“ elektrane, posredno smanjujući štetne emisije iz njih. Rashladno sredstvo koje se koristi u dizalicama topline je prihvatljivo za ozon i ne sadrži klorougljike.

Dvosmjerni način rada. Dizalica topline može grijati prostoriju zimi i hladiti je ljeti. "Toplina" preuzeta iz prostorije može se učinkovito koristiti, na primjer, za zagrijavanje vode u bazenu ili u sustavu opskrbe toplom vodom.

Pogonska sigurnost. U principu rada dizalice topline nećete uzeti u obzir opasne procese. Odsutnost otvorene vatre i štetnih emisija opasnih po ljude te niska temperatura rashladnih tekućina čine dizalicu topline „bezopasnim“, ali korisnim kućanskim aparatom.

Neke nijanse rada

Učinkovito korištenje principa rada dizalice topline zahtijeva ispunjavanje nekoliko uvjeta:

• prostorija koja se grije mora biti dobro izolirana (gubitak topline do 100 W/m2) - inače ćete, uzimajući toplinu s ulice, grijati ulicu o vlastitom trošku;
• Dizalice topline korisne su za niskotemperaturne sustave grijanja. Sustavi podnog grijanja (35-40 °C) savršeno odgovaraju ovim kriterijima. Koeficijent pretvorbe topline značajno ovisi o omjeru temperatura ulaznog i izlaznog kruga.

Rezimirajmo rečeno!

Bit principa rada dizalice topline nije u proizvodnji, već u prijenosu topline. To vam omogućuje postizanje visokog koeficijenta (od 3 do 5) pretvorbe toplinske energije. Jednostavno rečeno, svaki 1 kW potrošene električne energije "prenijet će" 3-5 kW topline u kuću. Ima li još nešto što treba reći?

Dizalica topline je univerzalni uređaj koji funkcionalno objedinjuje karakteristike klima uređaja, bojlera i kotla za grijanje. Ovaj uređaj ne koristi klasično gorivo; za njegov rad potrebni su obnovljivi izvori iz okoliša - energija iz zraka, tla, vode.

Stoga je dizalica topline danas najisplativija jedinica, budući da njezin rad ne ovisi o cijeni goriva, a također je ekološki prihvatljiva, budući da izvor topline nije električna energija ili produkti izgaranja, već prirodni izvori topline.

Da bismo bolje razumjeli kako toplinska pumpa radi za grijanje doma, vrijedi se prisjetiti principa rada hladnjaka. Ovdje radna tvar isparava, oslobađajući hladnoću. U pumpi se, naprotiv, kondenzira i proizvodi toplinu.

Princip rada dizalice topline

Cijeli proces sustava predstavljen je u obliku Carnotovog ciklusa - nazvanog po izumitelju. Može se opisati na sljedeći način. Rashladno sredstvo prolazi kroz radni krug - zrak, zemlja, voda i njihove kombinacije , odakle se šalje u 1. izmjenjivač topline – komoru za isparavanje. Ovdje prenosi akumuliranu toplinu na rashladno sredstvo koje cirkulira u unutarnjem krugu crpke.

Princip rada dizalice topline za grijanje doma

Tekuće rashladno sredstvo ulazi u komoru za isparavanje, gdje ga niski tlak i temperatura (5 0 C) pretvaraju u plinovito stanje. Sljedeća faza je prijenos plina u kompresor i njegova kompresija. Kao rezultat toga, temperatura plina naglo raste, plin prelazi u kondenzator, ovdje izmjenjuje toplinu sa sustavom grijanja. Ohlađeni plin prelazi u tekućinu i ciklus se ponavlja.

Prednosti i nedostaci dizalica topline

Rad dizalica topline za grijanje doma može se kontrolirati pomoću posebno ugrađenih termostata. Crpka se automatski uključuje kada temperatura medija padne ispod zadane vrijednosti i isključuje se ako temperatura premaši zadanu vrijednost. Dakle, uređaj održava stalnu temperaturu u prostoriji - to je jedna od prednosti uređaja.

Prednosti uređaja su njegova učinkovitost - crpka troši malu količinu električne energije i ekološka prihvatljivost, odnosno apsolutna sigurnost za okoliš. Glavne prednosti uređaja:

• Pouzdanost. Vijek trajanja prelazi 15 godina, svi dijelovi sustava imaju dug radni vijek, fluktuacije energije ne štete sustavu.
• Sigurnost. Nema čađe, ispušnih plinova, otvorenog plamena, curenje plina je isključeno.
• Udobnost. Rad crpke je tih, kontrola klime i automatski sustav, čiji rad ovisi o vremenskim uvjetima, pomažu u stvaranju udobnosti i udobnosti u kući.
• Fleksibilnost. Uređaj je moderan moderan dizajn, može se kombinirati sa svakim sustavom kućnog grijanja.
• Svestranost. Koristi se u privatnoj i civilnoj gradnji. Budući da ima širok raspon snage. Zbog toga može osigurati toplinu sobama bilo koje veličine - od male kuće do vikendice.

Složena struktura crpke određuje njegov glavni nedostatak - visoku cijenu opreme i njezine instalacije. Za ugradnju uređaja potrebno je izvršiti radove iskopa u velikim količinama.

Dizalice topline - podjela

Rad dizalice topline za grijanje kuće moguć je u širokom temperaturnom rasponu - od -30 do +35 stupnjeva Celzijusa. Najčešći uređaji su apsorpcija (prijenos topline kroz svoj izvor) i kompresija (kruženje radnog fluida nastaje zbog električne energije). Apsorpcijski uređaji su najekonomičniji, ali su skuplji i imaju složen dizajn.

Klasifikacija crpki prema vrsti izvora topline:

1. Geotermalna. Oduzimaju toplinu vodi ili zemlji.
2. U zraku. Oni oduzimaju toplinu atmosferskom zraku.
3. Sekundarna toplina. Oni oduzimaju tzv. industrijsku toplinu - nastalu tijekom proizvodnje, grijanja i drugih industrijskih procesa.

Rashladno sredstvo može biti:

• Voda iz umjetnog ili prirodnog rezervoara, podzemna voda.
• Temeljni premaz.
• Zračne mase.
• Kombinacije gore navedenih medija.

Geotermalna pumpa - principi konstrukcije i rada

Geotermalna pumpa za grijanje kuće koristi toplinu tla koju odabire vertikalnim sondama ili horizontalnim kolektorom. Sonde se postavljaju na dubinu do 70 metara, sonda se nalazi na maloj udaljenosti od površine. Ova vrsta uređaja je najučinkovitija jer izvor topline ima prilično visoku, konstantnu temperaturu tijekom cijele godine. Stoga je za prijenos topline potrebno utrošiti manje energije.

Takva oprema zahtijeva visoke troškove instalacije. Troškovi bušenja bunara su visoki. Osim toga, površina dodijeljena kolektoru mora biti nekoliko puta veća od površine grijane kuće ili vikendice. Važno je zapamtiti: zemljište na kojem se nalazi kolektor ne može se koristiti za sadnju povrća ili voćaka - korijenje biljaka će se prehladiti.

Korištenje vode kao izvora topline

Vodeno tijelo je izvor velike količine topline. Za pumpu možete koristiti rezervoare koji se ne smrzavaju s dubine od 3 metra ili podzemnu vodu na visokoj razini. Sustav se može implementirati na sljedeći način: cijev izmjenjivača topline, opterećena opterećenjem od 5 kg po 1 dužnom metru, položi se na dno rezervoara. Duljina cijevi ovisi o snimci kuće. Za sobu od 100 m2. Optimalna duljina cijevi je 300 metara.

U slučaju korištenja podzemne vode, potrebno je izbušiti dvije bušotine, smještene jednu iza druge u smjeru podzemne vode. U prvoj bušotini postavljena je pumpa koja dovodi vodu u izmjenjivač topline. Ohlađena voda teče u drugi bunar. Ovo je tzv otvoreni krug prikupljanja topline. Njegov glavni nedostatak je da je razina podzemne vode nestabilna i može značajno varirati.

Zrak je najdostupniji izvor topline

Kada se koristi zrak kao izvor topline, izmjenjivač topline je radijator, prisilno puhan ventilatorom. Ako se dizalica topline koristi za grijanje kuće pomoću sustava zrak-voda, korisnik dobiva sljedeće pogodnosti:

• Mogućnost grijanja cijele kuće. Voda, koja djeluje kao rashladno sredstvo, distribuira se kroz uređaje za grijanje.
• Uz minimalne troškove energije, moguće je stanovnicima osigurati opskrbu toplom vodom. To je moguće zahvaljujući prisutnosti dodatnog toplinski izoliranog izmjenjivača topline sa spremnikom.
• Pumpe sličnog tipa mogu se koristiti za zagrijavanje vode u bazenima.

Ako crpka radi na sustavu zrak-zrak, rashladna tekućina se ne koristi za grijanje prostorije. Grijanje se provodi pomoću primljene toplinske energije. Primjer implementacije takve sheme bio bi konvencionalni klima uređaj postavljen na način grijanja. Danas su svi uređaji koji koriste zrak kao izvor topline inverterski. U njima se izmjenična struja pretvara u istosmjernu, što omogućuje fleksibilnu kontrolu kompresora i njegov rad bez zaustavljanja. A to povećava resurs uređaja.

Dizalica topline - alternativni sustav grijanja doma

Dizalice topline - alternativa moderni sustavi grijanje. Oni su ekonomični, ekološki prihvatljivi i sigurni za korištenje. Međutim, visoki trošak instalacijski radovi i oprema danas ne dopuštaju korištenje uređaja posvuda. Sada znate kako radi toplinska pumpa za grijanje kuće i nakon izračuna svih prednosti i mana, možete odlučiti hoćete li je instalirati.

Vrijeme čitanja: 7 minuta.

Pod toplinskom pumpom podrazumijeva se skup jedinica namijenjenih akumulaciji toplinske energije iz različitih izvora u okolišu i prijenosu te energije do potrošača.

Na primjer, takvi izvori mogu biti kanalizacijski vodovi, otpad iz raznih velikih industrija, toplina nastala tijekom rada iz raznih elektrana itd. Kao rezultat, izvor mogu biti različite sredine i tijela s temperaturom većom od jednog stupnja.

Namjena dizalice topline je pretvaranje prirodne energije vode, zemlje ili zraka u toplinsku energiju za potrebe potrošača. Budući da se te vrste energije neprestano samoregeneriraju, mogu se smatrati neograničenim izvorom.

Princip rada toplinske pumpe za grijanje kuće

Princip rada dizalica topline temelji se na sposobnosti tijela i medija da predaju svoju toplinsku energiju drugim sličnim tijelima i medijima. Na temelju ove značajke razlikuju različite vrste dizalice topline, kod kojih mora postojati isporučitelj energije i njezin primatelj.

U nazivu crpke na prvom mjestu je naznačen izvor toplinske energije, a na drugom mjestu je navedena vrsta medija na koji se energija prenosi.

Postoje 4 glavna elementa u dizajnu svake dizalice topline za grijanje doma:

1. Kompresor dizajniran za povećanje tlaka i temperature pare koja nastaje ključanjem freona.
2. Isparivač, koji je spremnik u kojem freon prelazi iz tekućeg stanja u plinovito stanje.
3. U kondenzatoru, rashladno sredstvo prenosi toplinsku energiju u unutarnji krug.
4. Prigušni ventil kontrolira količinu rashladnog sredstva koje ulazi u isparivač.

Tip dizalice topline zrak-zrak znači da će se toplinska energija uzimati iz vanjske okoline (atmosfere) i prenositi na nosač, također u zrak.

Dizalica topline zrak-zrak: princip rada

Princip rada ovog sustava temelji se na sljedećoj fizikalnoj pojavi: medij u tekućem stanju isparavanjem snižava temperaturu površine s koje se rasipa.

Radi jasnoće, ukratko razmotrimo dijagram rada hladnjaka i zamrzivača. Freon koji cirkulira kroz cijevi hladnjaka uzima toplinu iz hladnjaka i sam se zagrijava. Nakon toga se toplina koju on prikupi prenosi u vanjsko okruženje (odnosno u prostoriju u kojoj se nalazi hladnjak). Zatim se rashladno sredstvo, komprimirano u kompresoru, ponovno hladi i ciklus se nastavlja. Dizalica topline na zrak radi na istom principu - uzima toplinu iz zraka s ulice i grije kuću.

Dizajn jedinice sastoji se od sljedećih dijelova:

• Vanjska pumpna jedinica sastoji se od kompresora, isparivača s ventilatorom i ekspanzijskog ventila.
• Toplinski izolirane bakrene cijevi služe za cirkulaciju freona
• Kondenzator s ventilatorom koji se nalazi na njemu. Služi za raspršivanje već zagrijanog zraka po prostoru prostorije.

Kada dizalica topline na zrak radi pri grijanju kuće, sljedeći se procesi odvijaju određenim redoslijedom:

• Pomoću ventilatora zrak s ulice uvlači se u uređaj i prolazi kroz vanjski isparivač. Freon koji cirkulira u sustavu prikuplja svu toplinsku energiju iz uličnog zraka. Uslijed toga prelazi iz tekućeg u plinovito stanje.
• Nakon toga se plinoviti freon komprimira u kondenzatoru i prelazi u unutarnju jedinicu.
• Plin tada prelazi u tekuće stanje, otpuštajući akumuliranu toplinu u zrak u prostoriji. Ovaj se proces odvija u kondenzatoru koji se nalazi u zatvorenom prostoru.
• Višak tlaka prolazi kroz ekspanzijski ventil, a freon u tekućem stanju odlazi u novi krug.

Freon će stalno uzimati toplinsku energiju iz uličnog zraka, jer će njegova temperatura uvijek biti niža. Iznimka je kada je vani jak mraz. U takvim uvjetima, učinkovitost toplinske pumpe će se smanjiti.

Kako bi se povećala snaga jedinice, površine kondenzatora i isparivača su maksimizirane.

Kao i svaki složeni uređaj, dizalica topline na zrak ima svoje prednosti i nedostatke. Među prednostima koje vrijedi istaknuti:

1. Ovisno o potrebi, jedinica može povećati ili smanjiti temperaturu grijanja kuće.
2. Ova vrsta pumpe ne zagađuje okoliš štetnim produktima izgaranja goriva.
3. Uređaj se jednostavno postavlja.
4. Zračna pumpa je apsolutno sigurna u smislu požara.
5. Koeficijent prolaza topline crpke je vrlo visok u usporedbi s troškovima energije (na 1 kW potrošene električne energije otpada 4 do 5 kW proizvedene topline)
6. Imaju pristupačnu cijenu.
7. Uređaj je prikladan za korištenje.
8. Sustavom se upravlja automatski.

Vrijedi spomenuti nedostatke zračnog sustava:

1. Blagi šum koji se stvara tijekom rada uređaja.
2. Učinkovitost uređaja ovisi o temperaturi okoline.
3. Pri niskim vanjskim temperaturama povećava se potrošnja električne energije. (ispod -10 stupnjeva)
4. Sustav u potpunosti ovisi o dostupnosti električne energije. Problem se može riješiti ugradnjom autonomnog generatora.
5. Zračna pumpa ne može grijati vodu.

Općenito, uređaji zrak-zrak idealni su za grijanje drvene kuće, kod kojih je zbog karakteristika materijala smanjen prirodni gubitak topline.

Prije nego što odaberete zračnu pumpu, trebali biste saznati sljedeće ključne točke:

• Pokazatelj toplinske izolacije prostorija.
• Kvadratura svih prostorija
• Broj ljudi koji žive u privatnoj kući
• Klimatski uvjeti

U većini slučajeva, 10 kvadratnih metara. m prostorije trebao bi iznositi oko 0,7 kW snage uređaja.

Dizalice topline za kućno grijanje tople vode.

Prilikom postavljanja sustava grijanja u privatnoj kući, sustavi voda-voda dobro su prilagođeni. Osim toga, moći će osigurati dom toplom vodom. Kao izvori prirodne topline prikladni su različiti rezervoari, podzemne vode i sl.

Rad crpke voda-voda temelji se na zakonu da promjena agregatnog stanja (iz tekućeg u plinovito i obrnuto) tvari, pod utjecajem različitih čimbenika, povlači za sobom oslobađanje ili apsorpciju toplinske energije.

Ova vrsta pumpe može se koristiti za grijanje kuće čak i pri niskim temperaturama okoline, budući da se pozitivne temperature još uvijek održavaju u dubokim slojevima zemlje.

Princip rada toplinske pumpe voda-voda je sljedeći:

• Posebna pumpa tjera vodu kroz bakrene cijevi sustava iz vanjskog izvora u instalaciju.
• U uređaju voda iz okoline djeluje na rashladno sredstvo (freon), čija je točka vrelišta od +2 do +3 stupnja. Dio toplinske energije vode prenosi se na freon.
• Kompresor uvlači rashladni plin i komprimira ga. Kao rezultat ovog procesa, temperatura rashladnog sredstva se još više povećava.
• Zatim se freon šalje u kondenzator, gdje zagrijava vodu do potrebne temperature (40-80 stupnjeva). Zagrijana voda ulazi u cjevovod sustava grijanja. Ovdje se freon vraća u tekuće stanje i ciklus ponovno počinje.

Važno je napomenuti da se uređaji za vodu i vodu koriste za grijanje kuće površine 50-150 m².

Toplinska pumpa voda voda: princip rada

Prilikom odabira uređaja ove klase obratite pozornost na određene uvjete:

• Kao izvor energije, prednost treba dati otvorenim rezervoarima (lakše je postaviti cijevi), na udaljenosti ne većoj od 100 m, osim toga, dubina rezervoara za sjevernije regije treba biti najmanje 3 metra ( na ovoj dubini voda se obično ne smrzava). Cijevi dovedene do vode moraju biti izolirane.
• Tvrdoća vode uvelike utječe na rad crpke. Nije svaki model sposoban funkcionirati na visokim razinama krutosti. Kao rezultat toga, prije kupnje uređaja uzima se uzorak vode i na temelju dobivenih rezultata odabire pumpa.
• Ovisno o načinu rada jedinice se dijele na monovalentne i bivalentne. Prvi će izvrstan posao kao glavni izvor topline (zbog svoje velike snage). Potonji može djelovati kao dodatni izvor grijanja.
• S povećanjem snage crpke povećava se i njezina učinkovitost, ali istovremeno raste i potrošnja električne energije.
• Dodatne značajke uređaja. Na primjer: zvučno izolirano kućište, funkcija grijanja vode za kućanstvo, automatska kontrola itd.
• Da biste izračunali potrebnu snagu uređaja, morate pomnožiti ukupnu površinu prostora s 0,07 kW (indikator energije po 1 m2). Ova formula vrijedi za standardne prostorije, s visinom ne većom od 2,7 m.