히트펌프 회로 작동 원리. 공랭식 히트펌프: 작동 원리, 설계, 선택 및 계산. 비디오: 압축기가 장착된 냉장고의 작동 방식

상황은 현재 집을 난방하는 가장 인기있는 방법은 가스, 고체 연료, 디젤 및 훨씬 덜 자주 전기와 같은 난방 보일러를 사용하는 것입니다. 그러나 열 펌프와 같은 단순하면서도 동시에 첨단 기술 시스템은 널리 보급되지 않았으며 그럴 만한 이유가 있습니다. 모든 것을 미리 계산하는 방법을 사랑하고 아는 사람들에게는 장점이 분명합니다. 난방용 열 펌프는 대체할 수 없는 천연 자원 매장량을 태우지 않습니다. 이는 환경 보호의 관점에서 매우 중요할 뿐만 아니라 매년 더 비싸지기 때문에 에너지를 절약할 수 있습니다. 또한 열 펌프를 사용하면 방을 난방할 수 있을 뿐만 아니라 가정에 필요한 온수를 데울 수도 있고 여름 더위에 방의 에어컨을 조절할 수도 있습니다.

히트펌프의 작동원리

히트펌프의 작동 원리를 자세히 살펴보겠습니다. 냉장고가 어떻게 작동하는지 기억하십시오. 그 안에 놓인 제품의 열은 펌핑되어 후면 벽에 있는 라디에이터로 방출됩니다. 터치해보시면 쉽게 확인하실 수 있습니다. 거의 같은 원리 가정용 에어컨: 그들은 방 밖으로 열을 펌핑하여 방에 있는 라디에이터에 방출합니다. 외벽건물.

히트펌프, 냉장고, 에어컨의 작동은 카르노 사이클을 기반으로 합니다.

예를 들어 토양과 같은 저온 열원을 따라 이동하는 냉각수는 몇도 정도 가열됩니다.
그런 다음 증발기라고 불리는 열교환기로 들어갑니다. 증발기에서 냉각수는 축적된 열을 냉매로 방출합니다. 냉각제저온에서 증기로 변하는 특수 액체입니다.
냉각수의 온도를 받아 가열된 냉매는 증기로 변하여 압축기로 들어갑니다. 압축기는 냉매를 압축합니다. 압력이 증가하여 온도도 증가합니다.
뜨겁고 압축된 냉매는 응축기라고 불리는 또 다른 열교환기로 들어갑니다. 여기서 냉매는 집의 난방 시스템(물, 부동액, 공기)에 제공되는 다른 냉각수로 열을 전달합니다. 이렇게 하면 냉매가 냉각되어 다시 액체로 변합니다.
다음으로, 냉매는 증발기로 들어가고, 그곳에서 가열된 냉매의 새로운 부분에 의해 가열되고 사이클이 반복됩니다.

히트펌프를 작동하려면 전기가 필요합니다. 그러나 전기 히터만 사용하는 것보다 훨씬 더 수익성이 높습니다. 전기 보일러나 전기 히터는 열을 생산하는 것과 똑같은 양의 전기를 소비하기 때문입니다. 예를 들어, 히터의 정격 전력이 2kW인 경우 시간당 2kW를 소비하고 2kW의 열을 생성합니다. 히트펌프는 전기를 소비하는 것보다 3~7배 더 많은 열을 생산합니다. 예를 들어, 압축기와 펌프를 작동하는데 5.5kW/hr가 사용되고, 발생되는 열은 17kW/hr이다. 히트펌프의 가장 큰 장점은 바로 이러한 높은 효율입니다.

히트펌프 난방시스템의 장점과 단점

히트펌프가 그렇게 혁신적이거나 첨단 기술의 발명품은 아니라는 사실에도 불구하고 히트펌프를 둘러싼 많은 전설과 오해가 있습니다. 미국의 모든 "따뜻한" 주, 거의 모든 유럽 및 일본은 오랫동안 기술이 거의 완벽하게 연구되어 왔으며 열 펌프의 도움으로 가열됩니다. 그건 그렇고, 그러한 장비가 순전히 외국 기술이고 아주 최근에 우리에게 왔다고 생각해서는 안됩니다. 결국 소련에서는 그러한 장치가 실험 시설에서 사용되었습니다. 이에 대한 예는 Yalta시의 Druzhba 요양소입니다. 닭다리 오두막을 연상시키는 미래지향적인 건축물과 더불어 이 요양소는 20세기 80년대부터 산업용 히트펌프를 난방용으로 사용해 온 것으로도 유명하다. 열원은 인근 바다이며, 펌핑 스테이션요양소의 모든 건물을 가열할 뿐만 아니라 다음을 제공합니다. 뜨거운 물, 수영장의 물을 가열하고 더운 계절에는 냉각시킵니다. 그러므로 신화를 풀고 이런 식으로 집을 데우는 것이 합리적인지 결정해 봅시다.

히트펌프를 이용한 난방 시스템의 장점:

에너지 절약.가스 및 디젤 연료 가격 상승과 관련하여 이는 매우 적절한 이점입니다. "월 비용"열에는 전기만 표시되며, 이미 작성한 것처럼 실제로 생성된 열보다 훨씬 적은 양이 필요합니다. 장치를 구매할 때 열 변환 계수 "ф"(열 변환 계수, 전력 또는 온도 변환 계수라고도 함)와 같은 매개변수에 주의를 기울여야 합니다. 소비된 에너지에 대한 열 출력량의 비율을 나타냅니다. 예를 들어, ф=4이면 1kW/시간의 소비로 4kW/시간의 열 에너지를 받게 됩니다.
유지보수 비용 절감. 히트펌프에는 특별한 처리가 필요하지 않습니다. 유지 관리 비용이 최소화됩니다.
어느 위치에나 설치 가능. 히트펌프 작동을 위한 저온 열원은 토양, 물 또는 공기일 수 있습니다. 집을 지을 때마다, 심지어 바위가 많은 지역에서도 그 유닛을 위한 “음식”을 찾을 수 있는 기회는 항상 있을 것입니다. 가스 본관에서 멀리 떨어진 지역에서 이는 가장 최적의 난방 시스템 중 하나입니다. 그리고 전력선이 없는 지역에서도 가솔린이나 디젤 엔진을 설치해 압축기의 작동을 보장할 수 있습니다.
펌프 작동을 모니터링할 필요가 없습니다., 고체 연료 또는 디젤 보일러의 경우처럼 연료를 추가하십시오. 히트펌프를 이용한 난방시스템 전체가 자동화되어 있습니다.
당신은 갈 수 있습니다 장기간 시스템이 정지되는 것을 두려워하지 마십시오. 동시에 거실 온도를 +10 °C로 유지하기 위해 펌프를 설치하면 비용을 절약할 수 있습니다.
환경에 안전합니다.비교를 위해 연료를 연소하는 기존 보일러를 사용하면 다양한 산화물 CO, CO2, NOx, SO2, PbO2가 항상 형성되어 결과적으로 인산, 아질산, 황산 및 벤조산 화합물이 집 주변 토양에 정착됩니다. 히트펌프가 작동하면 아무 것도 배출되지 않습니다. 그리고 시스템에 사용되는 냉매는 절대적으로 안전합니다.
여기서도 참고할 수 있습니다 대체할 수 없는 지구의 천연자원 보존.
사람과 재산의 안전. 열 펌프의 어떤 것도 과열이나 폭발을 일으킬 만큼 뜨거워지지 않습니다. 게다가 폭발 할 것도 없습니다. 따라서 완전 내화 장치로 분류될 수 있습니다.
히트펌프는 주변 온도 -15°C에서도 성공적으로 작동합니다.. 따라서 누군가 그러한 시스템이 겨울이 최대 +5°C까지 따뜻한 지역에서만 집을 난방할 수 있다고 생각한다면, 그들은 착각입니다.
히트펌프 가역성. 부인할 수 없는 장점은 겨울에는 난방을, 여름에는 시원하게 할 수 있는 설치의 다양성입니다. 더운 날에는 열 펌프가 방에서 열을 빼앗아 땅으로 보내 저장하고, 겨울에는 그곳에서 다시 가져옵니다. 모든 히트펌프에 역방향 기능이 있는 것은 아니며, 일부 모델에만 해당됩니다.
내구성. 적절한 관리를 통해 히트펌프 난방 시스템은 25~50년 동안 수명을 유지할 수 있습니다. 분해 검사, 15~20년에 한 번만 압축기를 교체하면 됩니다.

히트펌프 난방 시스템의 단점:

대규모 초기 투자.난방용 히트펌프 가격이 상당히 높다는 사실(3,000~10,000 USD) 외에도 추가 가구 비용도 있습니다. 지열 시스템펌프 자체에만 지출해야합니다. 추가 작업이 필요하지 않은 공기 소스 히트 펌프는 예외입니다. 열 펌프는 곧(5~10년 내에) 그 자체로 비용을 지불하지 못할 것입니다. 따라서 난방에 히트펌프를 사용할지 여부에 대한 질문에 대한 대답은 소유자의 선호도, 재정 능력 및 건설 조건에 따라 달라집니다. 예를 들어 가스 본관을 공급하고 연결하는 데 드는 비용이 히트 펌프와 동일한 지역에서는 후자를 선호하는 것이 합리적입니다.

겨울 기온이 영하 15도 이하로 떨어지는 지역에서는 추가 열원을 사용해야합니다. 그것은이라고 2가 난방 시스템, 거리가 -20 ° C까지 내려가는 동안 히트 펌프가 열을 공급하는 경우, 예를 들어 전기 히터 또는 가스 보일러 또는 발열 장치가 연결되는 등 대처할 수없는 경우.

저온 냉각수를 사용하는 시스템에는 히트펌프를 사용하는 것이 가장 좋습니다., 와 같은 "따뜻한 바닥" 시스템(+35°C) 및 팬 코일 유닛(+35 - +45°C). 팬 코일 유닛열/냉기가 물에서 공기로 전달되는 팬 대류식 장치입니다. 오래된 집에 이러한 시스템을 설치하려면 완전한 재개발 및 재건축이 필요하며 이로 인해 추가 비용이 발생합니다. 이는 새 집을 지을 때 단점이 아닙니다.
히트펌프의 친환경성, 물과 토양에서 열을 빼앗아, 다소 상대적인.사실 작동 중에 냉각수 파이프 주변 공간이 냉각되어 기존 생태계가 파괴됩니다. 결국 토양 깊은 곳에서도 혐기성 미생물이 살아서 더 많은 생명 활동을 보장합니다. 복잡한 시스템. 반면, 가스나 석유 생산에 비해 히트펌프로 인한 피해는 최소화된다.

히트펌프 작동을 위한 열원

열 펌프는 따뜻한 기간 동안 태양 복사를 축적하는 자연 소스로부터 열을 가져옵니다. 히트 펌프는 열원에 따라 다릅니다.

애벌칠

토양은 계절에 걸쳐 축적되는 가장 안정적인 열원입니다. 5~7m 깊이에서 토양 온도는 거의 항상 일정하며 약 +5~+8°C이며, 10m 깊이에서는 항상 +10°C로 일정합니다. 땅에서 열을 모으는 방법에는 두 가지가 있습니다.

수평 접지 수집기냉각수가 순환하는 수평으로 놓인 파이프입니다. 수평 수집기의 깊이는 조건에 따라 개별적으로 계산되며 때로는 1.5 - 1.7m - 토양 동결 깊이, 때로는 낮은 - 2 - 3m로 온도 안정성을 높이고 차이를 줄이며 때로는 1 - 1.2에 불과합니다. m - 여기서 토양은 봄에 더 빨리 따뜻해지기 시작합니다. 2단 수평수집기를 설치하는 경우가 있습니다.

수평 수집관은 25mm, 32mm, 40mm 등 다양한 직경을 가질 수 있습니다. 레이아웃의 모양도 뱀, 루프, 지그재그, 다양한 나선형 등 다를 수 있습니다. 뱀의 파이프 사이의 거리는 최소 0.6m 이상이어야 하며 일반적으로 0.8~1m입니다.

비열 제거파이프의 선형 미터당 토양 구조에 따라 다릅니다.

마른 모래 - 10W/m;
건조 점토 - 20W/m;
점토는 더 습합니다 - 25 W/m;
수분 함량이 35W/m로 매우 높은 점토입니다.

토양이 젖은 점토라면 100m2 면적의 집을 가열하려면 수집가를 위해 400m2의 토지 면적이 필요합니다. 이것은 꽤 많은 것입니다 - 4 - 5 에이커. 그리고 이 부지에는 건물이 없어야 하고 잔디밭과 연례 꽃이 있는 화단만 허용된다는 점을 고려하면 모든 사람이 수평 수집기를 장비할 여력이 있는 것은 아닙니다.

특수 액체가 수집관을 통해 흐르며, 이를라고도 합니다. "소금물"또는 부동액예를 들어 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜의 30% 용액입니다. "염수"는 지면에서 열을 모아 히트펌프로 보내어 냉매로 전달합니다. 냉각된 "염수"는 다시 땅 수집기로 흘러 들어갑니다.

수직 토양 프로브 50~150m 깊이로 매설된 파이프 시스템입니다. 이는 U자형 파이프 하나만 있어도 되고, 80~100m 깊이까지 낮추고 콘크리트 모르타르로 채울 수 있습니다. 아니면 더 넓은 지역에서 에너지를 수집하기 위해 20m 높이를 낮추는 U자형 파이프 시스템을 설치할 수도 있습니다. 100~150m 깊이까지 시추 작업을 수행하는 것은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 특별 허가를 받아야 하기 때문에 교활한 방법을 사용하고 얕은 깊이의 여러 프로브를 장비하는 경우가 많습니다. 이러한 프로브 사이의 거리는 5 - 7m입니다.

비열 제거수직 수집기에서도 암석에 따라 달라집니다.

건조 퇴적암 - 20 W/m;
물과 암석 토양으로 포화된 퇴적암 - 50 W/m;
열전도율이 70W/m로 높은 암석질 토양;
지하수(지하수) - 80W/m.

수직형 집열기에 필요한 면적은 매우 작지만 설치 비용이 수평 집열기보다 높습니다. 수직형 집열기의 장점은 온도가 더 안정적이고 열 제거율이 더 높다는 것입니다.

물

물은 다양한 방법으로 열원으로 사용될 수 있습니다.

동결되지 않는 개방형 저장소 바닥에 있는 수집기- 강, 호수, 바다 - 하중의 도움으로 물에 잠긴 "염수"가 포함된 파이프를 나타냅니다. 냉각수 온도가 높기 때문에 이 방법이 가장 수익성이 높고 경제적입니다. 저수지가 50m 이상 떨어진 곳에서만 집수기를 설치할 수 있습니다. 그렇지 않으면 설치 효율성이 떨어집니다. 아시다시피 모든 사람이 그러한 조건을 가지고 있는 것은 아닙니다. 그러나 해안 주민들을 위해 열 펌프를 사용하지 않는 것은 근시안적이고 어리석은 일입니다.

하수구의 수집기또는 기술 설비에서 발생하는 폐수는 주택 난방, 도시 내 고층 건물 및 산업 기업의 난방, 온수 준비에 사용될 수 있습니다. 우리 조국의 일부 도시에서는 어떤 일이 성공적으로 이루어지고 있습니까?

우물이나 지하수다른 수집가보다 덜 자주 사용됩니다. 이러한 시스템에는 두 개의 우물 건설이 포함되며, 하나에서 물을 가져와 열 펌프의 냉매로 열을 전달하고 냉각된 물은 두 번째 우물로 배출됩니다. 우물 대신에 여과 우물이 있을 수도 있습니다. 어쨌든 배출 우물은 첫 번째 우물에서 15-20m 떨어진 곳에 위치해야하며 심지어 하류에도 위치해야합니다 (지하수에도 자체 흐름이 있습니다). 이 시스템은 들어오는 물의 품질을 모니터링하고 필터링해야 하며 열 펌프(증발기) 부품을 부식 및 오염으로부터 보호해야 하기 때문에 작동하기가 매우 어렵습니다.

공기

최대 심플한 디자인그것은 가지고있다 공기열원 히트펌프를 이용한 난방 시스템. 추가 수집기가 필요하지 않습니다. 주변 환경의 공기가 증발기로 직접 들어가고 그곳에서 열이 냉매로 전달되고, 다시 열이 집 내부의 냉각수로 전달됩니다. 이는 팬 코일 장치용 공기일 수도 있고 바닥 난방 및 라디에이터용 물일 수도 있습니다.

공기열원 히트펌프의 설치 비용은 최소이지만, 설치 성능은 공기 온도에 따라 크게 달라집니다. 겨울이 따뜻한 지역(최대 +5 - 0 °C)에서 이는 가장 경제적인 열원 중 하나입니다. 하지만 공기 온도가 -15°C 이하로 떨어지면 성능이 너무 떨어지므로 펌프를 사용하는 것이 의미가 없으며 기존 전기 히터나 보일러를 켜는 것이 더 유리합니다.

난방용 공기열원 히트펌프에 대한 리뷰는 매우 모순적입니다. 그것은 모두 사용 지역에 따라 다릅니다. 예를 들어, 심한 서리가 내릴 경우 백업 열원이 필요하지 않은 소치와 같이 겨울이 따뜻한 지역에서 사용하는 것이 유리합니다. 공기가 상대적으로 건조하고 겨울철 기온이 -15°C 이하인 지역에도 공기열원 히트펌프를 설치할 수 있습니다. 그러나 습하고 추운 기후에서는 이러한 설비가 결빙 및 동결로 인해 어려움을 겪습니다. 팬에 고드름이 달라붙으면 전체 시스템이 제대로 작동하지 못하게 됩니다.

히트펌프를 이용한 난방: 시스템 비용 및 운영 비용

히트펌프의 출력은 할당될 기능에 따라 선택됩니다. 난방만 하는 경우에는 건물의 열 손실을 고려하는 특수 계산기를 사용하여 계산할 수 있습니다. 그런데, 히트 펌프의 최고의 성능은 건물의 열 손실이 80 - 100 W/m2 이하일 때입니다. 단순화를 위해 천장 높이가 3m이고 열 손실이 60W/m2인 100m2 규모의 주택을 난방하려면 10kW 출력의 펌프가 필요하다고 가정합니다. 물을 가열하려면 12kW 또는 16kW의 파워 리저브가 있는 장치를 가져와야 합니다.

히트펌프 비용전력뿐만 아니라 신뢰성과 제조업체의 요청에 따라 달라집니다. 예를 들어, 러시아산 16kW 장치의 가격은 7,000달러이고, 17kW 출력의 외국 펌프 RFM 17의 가격은 약 13,200달러입니다. 매니폴드를 제외한 모든 관련 장비와 함께.

다음 비용 라인은 저수지 배열. 또한 설치의 힘에 따라 다릅니다. 예를 들어, 바닥 난방(100m2) 또는 80m2의 난방 라디에이터가 모든 곳에 설치되어 있고 시간당 150l의 양으로 물을 +40°C까지 가열하는 100m2 규모의 주택의 경우 수집가를 위해 우물을 뚫어야 합니다. 이러한 수직 수집기의 가격은 13,000 USD입니다.

저수지 바닥에 있는 수집기는 비용이 조금 더 저렴합니다. 동일한 조건에서 비용은 11,000 USD입니다. 그러나 전문 회사에 지열 시스템 설치 비용을 확인하는 것이 더 좋습니다. 예를 들어, 17kW 펌프용 수평 수집기를 설치하는 데 드는 비용은 2,500달러에 불과합니다. 그리고 공기열원 히트펌프의 경우 컬렉터가 전혀 필요하지 않습니다.

히트펌프의 총 비용은 8000 USD입니다. 평균적으로 수집가 건설 비용은 6000 USD입니다. 평균.

히트펌프를 이용한 월별 난방비용에는 다음과 같은 사항만 포함됩니다. 전기 비용. 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 전력 소비는 펌프에 표시되어야 합니다. 예를 들어 위에서 언급한 17kW 펌프의 경우 전력 소비는 5.5kW/h입니다. 전체적으로 난방 시스템은 1년에 225일 작동합니다. 5400시간. 히트펌프와 압축기가 주기적으로 작동한다는 점을 고려하면 에너지 소비를 절반으로 줄여야 한다. 뒤에 난방 시즌 5400h*5.5kW/h/2=14850kW가 소비됩니다.

소비한 kW 수에 해당 지역의 에너지 비용을 곱합니다. 예: 0.05USD 1kW/시간 동안. 총 742.5 USD가 연간 지출됩니다. 열 펌프가 난방을 위해 작동한 매달 비용은 100달러입니다. 전기 비용. 비용을 12개월로 나누면 한 달에 60 USD를 받게 됩니다.

히트펌프의 소비전력이 낮을수록 월 비용이 낮아지니 참고해주세요. 예를 들어, 연간 10,000kW만 소비하는 17kW 펌프가 있습니다(비용 500cu). 히트펌프의 성능이 높을수록 난방 시스템의 열원과 냉각수 사이의 온도 차이가 작아지는 것도 중요합니다. 그렇기 때문에 따뜻한 바닥과 팬코일 장치를 설치하는 것이 더 수익성이 높다고 합니다. 고온 냉각수(+65 - +95 °C)가 있는 표준 난방 라디에이터도 설치할 수 있지만 간접 난방 보일러와 같은 추가 축열기가 필요합니다. 온수를 추가로 가열하기 위해 보일러도 사용됩니다.

열 펌프는 2가 시스템에 사용될 때 유리합니다. 펌프 외에도 설치할 수 있습니다. 태양열 수집기, 이는 냉각을 위해 작동하는 여름에 펌프에 전기를 완전히 공급할 수 있습니다. 겨울 보험의 경우 온수 공급을 위해 물을 가열하는 열 발생기와 고온 라디에이터를 추가할 수 있습니다.

집에 냉장고와 에어컨이 있으면 히트 펌프의 작동 원리가 구현된다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다.

열 펌프가 생산하는 전력의 약 80%는 확산된 태양 복사 형태의 주변 열에서 나옵니다. 거리에서 집으로 간단히 "펌프"하는 것은 바로 이 펌프입니다. 히트펌프의 작동 원리는 냉장고의 작동 원리와 유사하며 열 전달 방향만 다릅니다.

간단히 말해서…

미네랄 워터 한 병을 식히려면 냉장고에 넣으세요. 냉장고는 병에서 열 에너지의 일부를 "수취"해야 하며, 에너지 보존 법칙에 따라 이를 어딘가로 옮겨서 버려야 합니다. 냉장고는 일반적으로 후면 벽에 있는 라디에이터로 열을 전달합니다. 동시에 라디에이터가 가열되어 열을 실내로 방출합니다. 실제로는 방을 데워줍니다. 이는 방에 여러 대의 냉장고가 켜져있는 여름의 소규모 미니 마켓에서 특히 두드러집니다.

여러분의 상상의 나래를 펼쳐보시기 바랍니다. 우리가 냉장고에 따뜻한 물건을 계속해서 넣어두고, 이를 식혀 실내 공기를 가열한다고 가정해 봅시다. 극한으로 가자... 냉장고를 놔두자 창문 열기냉동실 문을 바깥으로 열어둔 상태. 냉장고 라디에이터는 실내에 위치합니다. 작동 중에 냉장고는 외부 공기를 냉각시켜 "흡수된" 열을 실내로 전달합니다. 이것이 열 펌프가 작동하는 방식으로, 주변 환경에서 분산된 열을 가져와 실내로 전달합니다.

펌프는 어디에서 열을 얻나요?

열 펌프의 작동 원리는 환경에서 자연적으로 발생하는 잠재력이 낮은 열원의 "이용"을 기반으로 합니다.

그들은 다음과 같을 수 있습니다:

단지 외부 공기;
수역(호수, 바다, 강)의 따뜻함;
토양의 따뜻함, 지하수 (열 및 지하수).

히트펌프와 이를 이용한 난방 시스템은 어떻게 작동하나요?

열 펌프는 2개의 회로 + 세 번째 회로(펌프 자체 시스템)로 구성된 난방 시스템에 통합되어 있습니다. 부동 냉각수는 주변 공간의 열을 흡수하는 외부 회로를 따라 순환합니다.

히트펌프, 더 정확하게는 증발기로 들어가는 냉각수는 히트펌프 냉매에 평균 4~7°C를 방출합니다. 그리고 끓는점은 -10°C입니다. 결과적으로 냉매는 끓어오르다가 기체 상태로 변합니다. 이미 냉각된 외부 회로의 냉각수는 온도를 설정하기 위해 시스템의 다음 "회전"으로 이동합니다.

히트펌프의 기능 회로는 다음과 같습니다.

증발기;
압축기(전기);
모세관;
콘덴서;
냉각제;
온도 조절 장치.

과정은 대략 이렇습니다!

증발기에서 끓어오르는 냉매는 파이프라인을 통해 전기로 구동되는 압축기로 공급됩니다. 이 "열심히 일하는 사람"은 기체 냉매를 압축하여 고압, 이에 따라 온도가 상승합니다.

이제 뜨거운 가스는 응축기라고 불리는 다른 열교환기로 들어갑니다. 여기서 냉매의 열은 난방 시스템의 내부 회로를 순환하는 실내 공기 또는 냉각수로 전달됩니다.

냉매는 냉각되는 동시에 액체로 변합니다. 그런 다음 모세관 감압 밸브를 통과하여 압력을 "잃고" 증발기로 돌아갑니다.

사이클이 종료되었으며 반복할 준비가 되었습니다!

설비의 난방 출력에 대한 대략적인 계산

한 시간 내에 최대 2.5-3m 3의 냉각수가 펌프를 통해 외부 수집기를 통해 흐르며 지구는 Δt = 5-7 °C만큼 가열될 수 있습니다.

이러한 회로의 화력을 계산하려면 다음 공식을 사용하십시오.

Q = (T_1 - T_2)*V_열

V_heat - 시간당 냉각수의 체적 유량(m^3/시간);

T_1 - T_2 - 입구와 입구 사이의 온도 차이(°C).

히트펌프의 종류

히트펌프는 사용되는 소산열의 유형에 따라 분류됩니다.

지하수(폐쇄된 지형 또는 깊은 지열 탐사선 및 물 가열 시스템 사용)
물-물 (지하수를 수집하고 배출하기 위해 개방형 우물을 사용합니다. 외부 회로는 순환되지 않으며 내부 난방 시스템은 물입니다)
물-공기(외부 물 회로 및 공기식 가열 시스템 사용);
(가정용 공기 가열 시스템을 갖춘 외부 기단에서 소산된 열의 사용)

히트펌프의 장점과 장점

비용 효과적입니다. 히트펌프의 작동 원리는 생산이 아니라 열에너지의 전달(수송)에 기초하므로 효율이 1보다 크다고 할 수 있습니다. 무슨 말도 안돼? - 열 펌프 주제에는 열 변환 계수(HCT)라는 값이 포함됩니다. 이 매개변수를 통해 유사한 유형의 장치가 서로 비교됩니다. 물리적 의미는받은 열량과 이에 소비되는 에너지 양의 비율을 보여주는 것입니다. 예를 들어, KPT = 4.8이면 펌프가 소비하는 1kW의 전기로 4.8kW의 열을 무료로, 즉 자연으로부터 무료로 얻을 수 있습니다.

보편적인 응용 프로그램의 편재성. 접근 가능한 전력선이 없는 경우에도 히트펌프 압축기는 디젤 드라이브로 구동될 수 있습니다. 그리고 "자연적인" 열은 지구 곳곳에서 이용 가능합니다. 열 펌프는 "배고픈" 상태를 유지하지 않습니다.

환경 친화적인 사용. 열 펌프에는 연소 생성물이 없으며 에너지 소비가 적기 때문에 발전소를 덜 "작동"시켜 간접적으로 유해한 배출을 줄입니다. 히트펌프에 사용되는 냉매는 오존친화적이며 염화탄소를 함유하지 않습니다.

양방향 작동 모드. 히트펌프는 겨울에 방을 데우고 여름에 시원하게 할 수 있습니다. 방에서 가져온 "열"은 예를 들어 수영장이나 온수 시스템의 물을 가열하는 데 효과적으로 사용될 수 있습니다.

운영 안전. 히트펌프 작동 원리에서는 위험한 프로세스를 고려하지 않습니다. 인간에게 위험한 모닥불과 유해한 배출물이 없으며 냉각수 온도가 낮아 히트 펌프를 "무해"하지만 유용한 가전 제품으로 만듭니다.

작동의 약간의 뉘앙스

히트펌프 작동 원리를 효과적으로 사용하려면 다음과 같은 몇 가지 조건을 준수해야 합니다.

난방이 되는 방은 잘 단열되어야 합니다(열 손실 최대 100W/m2). 그렇지 않으면 거리에서 열을 빼앗아 거리를 가열하게 되며 이는 귀하의 비용입니다.
히트펌프는 저온 난방 시스템에 사용하는 것이 유리합니다. 이러한 기준에는 바닥 난방 시스템(35~40°C)이 이상적입니다. 열 변환 계수는 입력 회로와 출력 회로의 온도 비율에 따라 크게 달라집니다.

말한 내용을 요약해 보겠습니다!

히트펌프 작동 원리의 본질은 생산에 있는 것이 아니라 열을 전달하는 데 있습니다. 이를 통해 높은 열에너지 변환 계수(3~5)를 얻을 수 있습니다. 간단히 말해서, 사용된 전기 1kW당 3~5kW의 열이 집으로 "전달"됩니다. 그 밖에 더 할 말이 있나요?

히트펌프는 에어컨, 온수기, 난방보일러의 특성을 기능적으로 결합한 만능기기이다. 이 장치는 기존 연료를 사용하지 않으며, 작동하려면 공기, 토양, 물 등 환경에서 나오는 재생 가능한 에너지원이 필요합니다.

따라서 오늘날 열 펌프는 작동이 연료 비용에 의존하지 않고 열원이 전기 또는 연소 생성물이 아니라 자연 열원이기 때문에 환경 친화적이기 때문에 가장 비용 효율적인 장치입니다.

열 펌프가 집 난방에 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하려면 냉장고 작동 원리를 기억하는 것이 좋습니다. 여기서 작동 물질이 증발하여 차가워집니다. 반대로 펌프에서는 응축되어 열이 발생합니다.

히트펌프의 작동원리

시스템의 전체 과정은 발명가의 이름을 딴 카르노 사이클의 형태로 표현됩니다. 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 냉각수는 공기, 흙, 물 및 이들의 조합 등 작동 회로를 통과합니다. , 첫 번째 열교환기인 증발실로 보내지는 곳입니다. 여기에서 축적된 열을 펌프 내부 회로를 순환하는 냉매로 전달합니다.

가정용 난방 히트펌프의 작동 원리

액체 냉매는 증발실로 들어가고, 그곳에서 낮은 압력과 온도(5 0 C)로 인해 기체 상태로 변합니다. 다음 단계는 가스를 압축기로 전달하고 압축하는 것입니다. 결과적으로 가스 온도가 급격히 상승하고 가스가 응축기로 들어가고 여기서 가열 시스템과 열이 교환됩니다. 냉각된 가스는 액체로 변하고 사이클이 반복됩니다.

히트펌프의 장점과 단점

주택 난방용 히트펌프의 작동은 특별히 설치된 온도 조절 장치를 사용하여 제어할 수 있습니다. 매체 온도가 설정값 이하로 떨어지면 펌프가 자동으로 켜지고 온도가 설정값을 초과하면 펌프가 꺼집니다. 따라서 장치는 실내 온도를 일정하게 유지합니다. 이것이 장치의 장점 중 하나입니다.

장치의 장점은 효율성입니다. 펌프는 소량의 전기와 환경 친 화성 또는 환경에 대한 절대적인 안전성을 소비합니다. 장치의 주요 장점:

신뢰할 수 있음. 서비스 수명은 15년을 초과하고 시스템의 모든 부분은 높은 작업 수명을 가지며 에너지 변동은 시스템에 해를 끼치지 않습니다.
안전. 그을음이 없으며, 배기, 화염, 가스 누출이 제외됩니다.
편안. 펌프의 작동은 조용하고 온도 조절 및 자동 시스템은 기상 조건에 따라 작동하여 집안의 아늑함과 편안함을 조성하는 데 도움이 됩니다.
유연성. 장치는 현대적입니다. 세련된 디자인, 모든 가정용 난방 시스템과 결합할 수 있습니다.
다재. 개인 및 토목 건축에 사용됩니다. 왜냐면 파워 범위가 넓거든요. 이로 인해 작은 집부터 별장까지 모든 크기의 방에 열을 공급할 수 있습니다.

펌프의 복잡한 구조는 장비 비용과 설치 비용이 높다는 주요 단점을 결정합니다. 장치를 설치하려면 대량의 굴착 작업을 수행해야 합니다.

히트펌프 - 분류

집을 난방하기 위한 히트펌프의 작동은 섭씨 -30도에서 +35도까지의 넓은 온도 범위에서 가능합니다. 가장 일반적인 장치는 흡수(열원을 통해 열 전달) 및 압축(전기로 인해 작동 유체 순환 발생)입니다. 흡수 장치는 가장 경제적이지만 더 비싸고 디자인이 복잡합니다.

열원 유형에 따른 펌프 분류:

지열. 그들은 물이나 땅의 열을 빼앗아갑니다.
공수. 그들은 대기로부터 열을 빼앗아갑니다.
2차 열. 이는 생산, 난방 및 기타 산업 공정에서 발생하는 소위 산업 열을 제거합니다.

냉각수는 다음과 같습니다.

인공 또는 천연 저수지, 지하수에서 나온 물.
애벌칠.
공기 질량.
위 미디어의 조합.

지열 펌프 - 설계 및 작동 원리

집을 난방하기 위한 지열 펌프는 수직 프로브 또는 수평 수집기를 사용하여 선택하는 지면의 열을 사용합니다. 프로브는 최대 70미터 깊이에 배치되며, 프로브는 표면에서 짧은 거리에 위치합니다. 이 유형의 장치는 열원의 온도가 일년 내내 상당히 높고 일정하기 때문에 가장 효과적입니다. 따라서 열을 전달하는 데 더 적은 에너지를 소비해야 합니다.

이러한 장비는 높은 설치 비용이 필요합니다. 우물을 뚫는 데 드는 비용은 높습니다. 또한 수집가에게 할당된 면적은 난방된 집이나 별장 면적보다 몇 배 더 커야 합니다. 기억해야 할 중요한 사항: 수집가가 있는 땅은 야채나 과일나무를 심는 데 사용할 수 없습니다. 식물의 뿌리는 과냉각됩니다.

물을 열원으로 사용

물은 많은 양의 열의 원천입니다. 펌프의 경우 깊이 3m의 부동 저수지 또는 높은 지하수를 사용할 수 있습니다. 시스템은 다음과 같이 구현될 수 있습니다. 1 선형 미터당 5kg의 하중으로 무게가 가중되는 열교환기 파이프가 저장소 바닥에 놓입니다. 파이프의 길이는 집의 영상에 따라 다릅니다. 100 평방 미터의 방. 최적의 파이프 길이는 300m입니다.

지하수를 사용하는 경우에는 지하수 방향으로 2개의 우물을 차례로 뚫어야 합니다. 첫 번째 우물에는 펌프가 설치되어 열교환기에 물을 공급합니다. 냉각수는 두 번째 우물로 흘러 들어갑니다. 이것이 소위 개방형 열 수집 회로.가장 큰 단점은 지하수 수준이 불안정하고 크게 달라질 수 있다는 것입니다.

공기는 가장 접근하기 쉬운 열원이다

공기를 열원으로 사용할 때 열 교환기는 팬에 의해 강제로 불어지는 라디에이터입니다. 공기 대 물 시스템을 사용하여 집을 가열하기 위해 열 펌프를 사용하는 경우 사용자는 다음과 같은 이점을 얻습니다.

집 전체를 난방할 수 있습니다. 냉각수 역할을 하는 물은 난방 장치를 통해 분배됩니다.
최소한의 에너지 비용으로 주민들에게 온수 공급이 가능합니다. 이는 저장 탱크가 있는 추가 단열 열 교환기가 있기 때문에 가능합니다.
유사한 유형의 펌프를 사용하여 수영장의 물을 가열할 수 있습니다.

펌프가 공대공 시스템에서 작동하는 경우 냉각수는 실내를 가열하는 데 사용되지 않습니다. 받은 열에너지를 이용하여 가열을 진행합니다. 이러한 계획의 구현 예는 난방 모드로 설정된 기존 에어컨입니다. 오늘날 공기를 열원으로 사용하는 모든 장치는 인버터 기반입니다. 여기에서는 교류가 직류로 변환되어 정지 없이 압축기와 작동을 유연하게 제어할 수 있습니다. 그리고 이는 장치의 리소스를 증가시킵니다.

히트 펌프 - 대체 주택 난방 시스템

열 펌프 - 대안 현대 시스템난방. 경제적이고 환경 친화적이며 사용하기에 안전합니다. 그러나, 높은 비용 설치작업오늘날 장비는 어디에서나 장치를 사용할 수 없습니다. 이제 열 펌프가 집을 난방하는 데 어떻게 작동하는지 알았고 모든 장단점을 계산한 후 설치 여부를 결정할 수 있습니다.

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열 펌프라는 용어는 환경의 다양한 소스로부터 열 에너지를 축적하고 이 에너지를 소비자에게 전달하도록 설계된 일련의 장치를 의미합니다.

예를 들어, 이러한 소스는 하수관, 다양한 대규모 산업의 폐기물, 다양한 발전소에서 작동 중 발생하는 열 등이 될 수 있습니다. 결과적으로 온도가 1도 이상인 다양한 환경과 물체가 소스가 될 수 있습니다.

열 펌프의 목적은 물, 흙 또는 공기의 자연 에너지를 소비자의 요구에 맞게 열 에너지로 변환하는 것입니다. 이러한 유형의 에너지는 지속적으로 자체 재생되기 때문에 무한한 소스로 간주될 수 있습니다.

주택 난방용 히트펌프 작동 원리

열 펌프의 작동 원리는 신체와 매체가 열 에너지를 다른 유사한 신체 및 매체로 전달하는 능력을 기반으로 합니다. 이 특징을 바탕으로 그들은 구별합니다. 다른 종류열펌프에는 에너지 공급자와 에너지 수혜자가 있어야 합니다.

펌프의 이름에는 열에너지의 원천이 먼저 표시되고 에너지가 전달되는 매체의 유형이 두 번째로 표시됩니다.

각 가정용 난방 히트펌프 설계에는 4가지 주요 요소가 있습니다.

프레온 끓임으로 인해 발생하는 증기의 압력과 온도를 높이도록 설계된 압축기입니다.
프레온이 액체 상태에서 기체 상태로 바뀌는 탱크인 증발기.
응축기에서 냉매는 열에너지를 내부 회로로 전달합니다.
스로틀 밸브는 증발기로 들어가는 냉매의 양을 제어합니다.

공기-공기 유형의 히트 펌프는 열 에너지가 외부 환경(대기)에서 가져와 캐리어와 공기로 전달됨을 의미합니다.

공랭식 히트펌프: 작동 원리

이 시스템의 작동 원리는 다음과 같은 물리적 현상을 기반으로 합니다. 액체 상태의 매체가 증발하면 소산되는 표면의 온도가 낮아집니다.

명확성을 위해 냉장고 냉동고의 작동 다이어그램을 간략하게 살펴 보겠습니다. 냉장고 튜브를 통해 순환하는 프레온은 냉장고에서 열을 빼앗아 스스로 가열됩니다. 그 후, 수집된 열은 외부 환경(즉, 냉장고가 있는 방)으로 전달됩니다. 그런 다음 압축기에서 압축된 냉매는 다시 냉각되고 사이클이 계속됩니다. 공기 소스 열 펌프는 동일한 원리로 작동합니다. 즉, 거리 공기에서 열을 가져와 집을 가열합니다.

장치의 디자인은 다음 부분으로 구성됩니다.

외부 펌프 장치는 압축기, 팬이 있는 증발기, 팽창 밸브로 구성됩니다.
단열 구리 튜브는 프레온 순환에 사용됩니다.
팬이 달린 커패시터. 이미 가열된 공기를 건물 전체에 분산시키는 역할을 합니다.

집을 난방할 때 공기열원 히트펌프가 작동하면 다음과 같은 과정이 특정 순서로 발생합니다.

팬을 통해 거리의 공기가 장치 안으로 유입되어 외부 증발기를 통과합니다. 시스템 내에서 순환하는 프레온은 거리 공기로부터 모든 열 에너지를 수집합니다. 결과적으로 액체상태에서 기체상태로 변하게 됩니다.
그 후, 기체 프레온은 응축기에서 압축되어 실내기로 전달됩니다.
그런 다음 가스는 액체 상태로 변하여 축적된 열을 실내 공기로 방출합니다. 이 과정은 실내에 위치한 응축기에서 발생합니다.
과도한 압력은 팽창 밸브를 통과하고 액체 상태의 프레온은 새로운 원으로 이동합니다.

프레온은 온도가 항상 낮기 때문에 거리 공기로부터 지속적으로 열에너지를 흡수합니다. 외부에 심한 서리가 내리는 경우는 예외입니다. 이러한 조건에서는 히트펌프의 효율이 감소합니다.

장치의 출력을 높이기 위해 응축기와 증발기의 표면이 최대화되었습니다.

모든 복잡한 장치와 마찬가지로 공기 소스 열 펌프에는 장단점이 있습니다. 강조할 가치가 있는 장점은 다음과 같습니다.

1. 필요에 따라 집의 난방 온도를 높이거나 낮출 수 있습니다.
2. 이러한 유형의 펌프는 유해한 연료 연소 생성물로 환경을 오염시키지 않습니다.
3. 장치는 설치가 쉽습니다.
4. 에어펌프는 화재에 있어서 절대 안전합니다.
5. 펌프의 열전달 계수는 에너지 비용에 비해 매우 높습니다. (1kW의 전력을 소비하면 4~5kW의 열이 발생합니다)
6. 가격이 저렴합니다.
7. 사용이 편리합니다.
8. 시스템이 자동으로 제어됩니다.

공기 시스템의 단점은 언급할 가치가 있습니다.

1. 기기 작동 시 약간의 소음이 발생합니다.
2. 장치의 효율은 주변 온도에 따라 달라집니다.
3. 외부 온도가 낮으면 전력 소비가 증가합니다. (-10도 이하)
4. 시스템은 전적으로 전기 가용성에 달려 있습니다. 자율 발전기를 설치하면 문제를 해결할 수 있습니다.
5. 공기 펌프는 물을 가열할 수 없습니다.

일반적으로 공기 대 공기 기기는 난방에 이상적입니다. 목조 주택, 소재의 특성상 자연적인 열손실이 적은 제품입니다.

공기 펌프를 선택하기 전에 다음 핵심 사항을 알아야 합니다.

건물의 단열 표시기.
모든 방의 제곱
개인 주택에 거주하는 사람 수
기후 조건

대부분의 경우 10제곱미터입니다. m개의 공간은 약 0.7kW의 장치 전력을 차지해야 합니다.

가정용 난방수용 히트펌프.

개인 주택에 난방 시스템을 설치할 때 물 대 물 시스템이 적합합니다. 또한 집에 뜨거운 물을 공급할 수도 있습니다. 다양한 저수지, 지하수 등이 자연열원으로 적합합니다.

물-물 펌프의 작동은 다양한 요인의 영향으로 물질의 응집 상태(액체에서 기체로 또는 그 반대로)의 변화가 열 에너지의 방출 또는 흡수를 수반한다는 법칙에 기초합니다.

이 유형의 펌프는 낮은 주변 온도에서도 집을 가열하는 데 사용할 수 있습니다. 왜냐하면 지구의 깊은 층에서는 양의 온도가 여전히 유지되기 때문입니다.

수냉식 히트펌프의 작동 원리는 다음과 같습니다.

특수 펌프가 시스템의 구리 파이프를 통해 외부 소스에서 설비로 물을 공급합니다.
장치에서 환경의 물은 냉매 (프레온)에 작용하며 끓는점은 +2 ~ +3도입니다. 물의 열에너지 중 일부가 프레온으로 전달됩니다.
압축기는 냉매가스를 흡입하여 압축합니다. 이 과정의 결과로 냉매의 온도는 더욱 높아집니다.
그런 다음 프레온은 응축기로 보내져 물을 필요한 온도(40-80도)로 가열합니다. 가열된 물은 가열 시스템 파이프라인으로 들어갑니다. 여기서 프레온은 액체 상태로 돌아가고 사이클이 다시 시작됩니다.

50-150 평방 미터의 집을 가열하는 데 수돗물 장치가 사용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

열 펌프 물: 작동 원리

이 클래스의 장치를 선택할 때 특정 조건에 주의해야 합니다.

에너지원으로는 100m 이내의 거리에 있는 개방형 저수지(파이프 설치가 더 쉬움)를 선호해야 합니다. 또한 북부 지역의 경우 저수지 깊이가 3m 이상이어야 합니다. 이 깊이에서는 물이 일반적으로 얼지 않습니다. 물에 공급되는 파이프는 절연되어야 합니다.
물의 경도는 펌프 작동에 큰 영향을 미칩니다. 모든 모델이 높은 강성 수준에서 작동할 수 있는 것은 아닙니다. 결과적으로 장치를 구매하기 전에 물 샘플을 채취하고 얻은 결과에 따라 펌프를 선택합니다.
작동 유형에 따라 단위는 1가와 2가로 구분됩니다. 전자는 (높은 전력으로 인해) 주 열원으로서 훌륭한 역할을 할 것입니다. 후자는 추가적인 가열원 역할을 할 수 있습니다.
펌프의 출력이 증가하면 효율이 증가하지만 동시에 전력 소비도 증가합니다.
장치의 추가 기능. 예: 방음 주택, 가정용 온수기 기능, 자동 제어 등
장치에 필요한 전력을 계산하려면 건물의 전체 면적에 0.07kW(1평방미터당 에너지 표시기)를 곱해야 합니다. 이 공식은 다음에 유효합니다. 표준 건물, 높이는 2.7m 이하입니다.