Je li vrijedno koristiti toplinsku pumpu za grijanje kuće

Crpna industrija ne stoji mirno, a nova inženjerska rješenja nastaju na temelju poznatih tehnologija. Marketeri zainteresirani za ostvarivanje profita i povećanje prodaje često skrivaju podatke o određenom proizvodu, promovirajući ga kao revolucionarni, neusporediv. Najistaknutiji primjer su toplinske pumpe. Promotivni materijali ne opisuju načelo rada takvih uređaja niti stupanj učinkovitosti za grijanje kuće. Međutim, moguće je razumjeti kako to funkcionira i koliko je koristan taj ili onaj sustav, iz ovog materijala.

Što je toplinska pumpa, opseg njegove primjene

Tehnička definicija toplinske pumpe je uređaj za prijenos energije s jednog područja na drugo uz istodobno povećanje učinkovitosti njegova rada. Nije teško ilustrirati takvu mehaniku. Zamislite kantu hladne vode i čašu vruće vode. Da bi ih zagrijali iz određene toplinske oznake, istu količinu energije se troši. Međutim, učinkovitost njegove primjene je drugačija. Ako istodobno smanjite temperaturu kante vode za jedan stupanj, primljena toplinska energija može dovesti tekućinu u staklo do gotovo vrelišta.

Za ovu mehaniku radi toplinska pumpa, uz pomoć kojih je moguće grijanje bazena ili potpuno osigurati grijanje seoskog doma. Ugradnja prenosi toplinu s jednog područja na drugu, općenito, s vanjske strane prostorije prema unutra. Postoji mnogo mogućnosti za korištenje takve tehnike.

  1. S određenim pokazateljima snage toplinske pumpe, grijanje kuće postaje jeftino i učinkovito.
  2. Lako je toplinsku pumpu pripremiti pomoću sekundarnih kotlova.
  3. S određenim naporima i pravilnim dizajnom moguće je izraditi potpuno autonomni sustav grijanja pomoću solarnih panela.
  4. Većina modela topline pumpe - prihvatljiva opcija za topli pod, koristi se kao krug grijanja.

Da biste odabrali i stekli odgovarajući sustav, prije svega je potrebno ispravno postaviti zadatak prije njega. I tek nakon toga iznijeti zahtjeve za kapacitet i procijeniti prihvatljivost pojedinih vrsta toplinskih kotlova kako bi se zadovoljile sve potrebe.

Opće načelo rada

Tehnološki, toplinska pumpa djeluje u skladu s poznatim Carnotovim ciklusom, nizom transformacija stanja tvari. Takve riječi mogu biti potpuno strano većini korisnika. Međutim, gotovo svaki od njih ima kod kuće barem jedan uređaj koji se temelji na ovom fizičkom procesu.

Jednostavnim riječima, toplinska pumpa je hladnjak . Svaki model domaćinstva gdje su građani navikli pohraniti meso i piće je grijač s učinkovitošću od više od 100%. Sve radi kako slijedi:

  • Hladnjak odvaja toplinu od proizvoda koji se nalaze u njemu i prenosi je na hladnjak hladnjaka, a time i na prostor prostorije;
  • Istodobno se zrak grije kompresorom.

Kao rezultat toga, trošenjem neke količine električne energije, korisnik prima dva izvora topline, od kojih je jedan (energija preuzeta iz proizvoda) potpuno slobodna.

Ovo je načelo toplinske pumpe. Uređaj ima inverznu funkcionalnu shemu u usporedbi s hladnjakom - u njemu izmjenjivač topline, roštilj radijatora je koristan i odgovoran za konačnu učinkovitost. Sve radi kako slijedi:

  • Krug za ekstrakciju topline nalazi se izvan prostorije, okružen medijem stabilne temperature;
  • za vrijeme rada toplinske crpke, temperatura radnog fluida prisilno se smanjuje prirodnim fizikalnim procesima ispod parametara okoliša;
  • radna je tijela izbor topline, intenzitet koji ovisi o formiranoj temperaturnoj razlici;
  • Radni medij ulazi u petlju za pretvorbu države i izmjenjivač topline prostorije;
  • energija se oslobađa zraka ili drugog medija;
  • Radno tijelo u početnom stanju se dovodi do početka ciklusa (toplinski ekstrakcijski krug).

Takva shema grijanja ima niz prednosti i nedostataka. Međutim, u optimalnim uvjetima, toplinska pumpa pokazuje značajnu uštedu . Za zagrijavanje kuće potrebno je 70-80% manje troškova u usporedbi s klasičnim sustavima plinskih i krutih kotlova.

Krajnja učinkovitost toplinske pumpe ovisi o mnogim čimbenicima. Neka tehnološka rješenja mogu riješiti samo ograničeni broj zadataka. Drugi pretpostavljaju složenu ugradnju toplinske pumpe.

Danas postoji niz kućanskih aparata, čiji vlasnici čak ne sumnjaju da koriste inovativne, revolucionarne ideje za odabir vrućine okoliša. I to se može dogoditi čak i pri negativnoj temperaturi zraka izvan prozora. Ovi klimatizacijski uređaji s funkcijom grijanja, koji se, zapravo, temelje na mehanici toplinske pumpe. Načela rada takvih uređaja zrak-zrak će se razmotriti kasnije.

Shema grijanja privatne kuće pomoću toplinske pumpe

Optimalna shema za korištenje toplinske pumpe za grijanje u kući uključuje spremnik . Jednostavnije izgleda ovako:

Ovdje su blokovi 1 i 2 ventili za zatvaranje koji rješavaju problem reguliranja ulaznih toplinskih tekućina. Mogu se ručno isključiti iz protoka ili biti automatska termička glava. Blok 3 - zajednički termostat ili sustav senzora.

Grijanje radi prema sljedećem principu:

  • Toplinska crpka odabire toplinu okoliša i zagrijava vodu;
  • tekućina ulazi u izmjenjivač topline sekundarnog zagrijavanja spremnika ili se cirkulira u jednom krugu;
  • Sustav grijanja je izgrađen prema klasičnom principu, struja vode u njoj je osigurana kružnom pumpom.

Dijagram prikazan na slici je minimalna oprema kuće. Može se jednostavno nadopuniti. Naročito, nitko ne ometa ugradnju dvaju spremnika i načelo sekundarnog zagrijavanja tekućine. Jedan od njih - kotao s toplinskom pumpom (instaliran izravno na izlazu potonjeg) - koristi se za opskrbu toplom vodom. Veći voluminozni spremnik rješava problem opskrbe rashladnog sredstva na sustav grijanja.

Izvrsna radna mogućnost grijanja kuće s toplinskom pumpom, kapacitetom za pohranu i sustavom podnog grijanja . U tom slučaju, nije potrebno topiti tekućinu na visoku temperaturu. Optimalni pokazatelj za topli pod je 30 do 40 stupnjeva. Krug grijanja je sličan onom već spomenutom, ali umjesto radijatora, voda ulazi u kolektorsku jedinicu vlastitim regulacijom protoka.

Razvrstavanje toplinskih crpki prema karakteristikama medija

Klasifikacija toplinskih pumpi je prilično velika. Uređaji su podijeljeni prema vrsti radnog medija, načelu mijenjanja fizičkog stanja, upotrebi uređaja za pretvorbu, prirodi energetskog nosača nužnog za operaciju. Ako uzmemo u obzir da na tržištu postoje modeli s različitim kombinacijama kriterija klasifikacije, postaje jasno da je teško nabrojiti sve. Međutim, možemo razmotriti osnovna načela grupne podjele.

Iz parametara izvora topline i okoliša primatelja ovisi instalacija, dizajn, kao i konačne karakteristike toplinske pumpe. Danas se predlaže nekoliko vrsta inženjerskih rješenja.

Zrak-zrak

Toplinske pumpe zrak-zrak su najčešći uređaji . Kompaktni su i prilično jednostavni. Na mehanici ovog tipa rade domaći klima uređaji s grijanjem. Načelo rada je jednostavno:

  • Izlazni izmjenjivač topline hladi ispod temperature zraka i izvlači toplinu;
  • nakon što se dolazni Freon stisne u radijator, njegova temperatura se snažno povećava;
  • Ventilator u sobi, pušeći izmjenjivač topline, zagrijava sobu.

Izbor energije okoliša ne mora nužno raditi vanjski izmjenjivač topline. U tu svrhu, zrak se može pumpati u jedinicu smještenu u prostoriji. Ovako funkcioniraju neki sustavi kanala.

Ako se klima uređaj stišće i širi freon, tada se u vrtložnim toplinskim crpkama koristi jednostavan zrak . Mehanika rada je slična: prije ulaska u unutrašnji izmjenjivač topline, plin se komprimira, a nakon odustajanja od vlage, potiskuje snažan protok u komoru za uklanjanje topline.

Vrtložna toplinska pumpa je velika, masivna instalacija koja djeluje učinkovito samo u uvjetima visoke temperature okoline. Stoga se takvi sustavi ugrađuju u industrijska postrojenja, koriste ispušne plinove peći ili vrući zrak glavnog klima uređaja kao izvor topline.

Voda voda

Toplinska pumpa vode-voda radi na istom principu kao i ostale jedinice. Samo se medij za prijenos energije razlikuje. Oprema je opremljena potopnim sondama, tako da čak iu uvjetima teške zime možete doći do vodenog stola s pozitivnom temperaturom.

Ovisno o potrebama grijanja, sustavi toplinske crpke vode-voda mogu biti potpuno različite veličine. Na primjer, počevši od nekoliko bušotina bušenih oko privatne kuće, završavajući s velikim izmjenjivačima topline smještenim izravno u vodonosniku, koji su položeni tijekom faze izgradnje zgrade.

Toplinske crpke vode-voda karakteriziraju veća učinkovitost i učinkovita izlazna snaga . Razlog je povećana toplinska snaga tekućine. Vodeni sloj u kojem se nalazi sonda ili izmjenjivač topline brzo daje energiju, a zahvaljujući ogromnom volumenu malo smanjuje njegove karakteristike, pridonoseći stabilnom radu sustava. Također, opremu vode i vode karakterizira povećana učinkovitost.

Savjet! Pod određenim uvjetima, voda-voda shema može učiniti bez međupodručja čvorova u obliku spremnika za grijanje mreže. Ispravno procjenjivanje postojećih klimatskih uvjeta i odabir kapaciteta postrojenja, grijač vode s toplinskom pumpom ugrađen je u kuću i organiziran je učinkovit sustav toplog poda.

Od vode do zraka, od vode do zraka

Kombinirani sustavi trebaju biti posebno odabrani. Istodobno se pažljivo procjenjuju postojeći klimatski uvjeti. Na primjer, ciklus toplinske pumpe vode-zrak ima dobru učinkovitost za grijanje u područjima s teškim mrazovima . Sustav vodoopskrbe zajedno s toplim podom i spremnikom sekundarnog grijanja može pokazati maksimalnu uštedu u područjima gdje temperatura zraka rijetko pada ispod -5 ... -10 stupnjeva.

Rastopiti (slan) - voda

Toplinska pumpa ove klase je neka vrsta univerzalnog. Može se upotrijebiti doslovce posvuda . Pokazatelji njegove korisne toplinske snage su konstantni i stabilni. Princip uređaja slanom vodom temelji se na odabiru topline, prvenstveno od tla koja ima normalnu vlagu ili močvarne parametre.

Sustav je jednostavan za instalaciju: postavljanje vanjskih izmjenjivača topline dovoljno ih je zakopati na određenu dubinu. Također možete odabrati jednu od opcija za opremu plinovitom ili tekućom radnom tekućinom.

Izračun topline pumpe klasične vode vrši se u skladu s razinom potrošnje energije za grijanje. Metodologija njegove kvantitativne određenosti obiluje. Možete napraviti najtočniji izračun, uzimajući u obzir materijal zidova kuće, dizajn prozora, prirodu tla, prosječna temperatura zraka i još mnogo toga.

Proizvođači sustava slane vode nude različite verzije modela koji se razlikuju u potrošnji energije pretvorbe, dizajnu i dimenzijama vanjskih izmjenjivača topline i parametrima izlaznog kruga. Nije jednostavno odabrati optimalnu toplinsku crpku prema unaprijed pripremljenom popisu zahtjeva.

Podjela prema vrsti radne tekućine

Moderne toplinske pumpe mogu koristiti plinovito tijelo ili kemijsku tekuću otopinu amonijaka kao topline. Prikladnost određene sheme procjenjuje se prema nekoliko čimbenika, značajkama sustava.

  1. Instalacije koje koriste freon imaju ciklus topline pumpi na temelju kompresije i širenja plina. Oni su nekako izgrađeni na kompresorskoj shemi. Oprema ima atraktivne pokazatelje performansi, ali ima i nedostatke. Iako je ponderirana prosječna potrošnja sustava u vrijeme operativnog ciklusa stabilna, ožičenje je jako opterećeno. Osim toga, toplinske crpke s plinovitim toplotnim transporterom neće biti korisne u područjima gdje nema centralizirane električne mreže ili izvora napajanja dovoljne nosivosti.
  2. Instalacije tipa isparavanja pomoću otopine amonijaka imaju radni ciklus temeljen na procesu isparavanja tvari pri niskim vrelištima. Ukapljivanje nakon prolaska vanjskog izmjenjivača topline događa se pod utjecajem izvora energije. Ovo je toplinski plamenik. Može se koristiti za gotovo bilo koji gorivo: kruto, benzin, dizel, plin, kerozin, u nekim slučajevima - metilni alkohol. Stoga su isparljive toplinske crpke atraktivne na mjestima gdje nema struje. Nadalje, izbor takve opreme može biti potaknut jeftinom određene vrste goriva u regiji.

Priroda radnog medija koji se koristi u sustavu može puno reći o izvedbi instalacije i izlazne snage. Znači, crpne crpke freon kompresorske pumpe su sposobne za oštar trzaj, brzo zagrijavanje prostorije. Modeli isparavanja amonijaka za takve poslove nisu sposobni. Njihov preferirani način rada je stabilan, stalan rad s nazivnom toplinskom snagom.

Prednosti toplinske pumpe i svrhovitost njihove ugradnje

Kao što je navedeno u oglasima, glavna prednost toplinske pumpe je gospodarstvo grijanja . Do neke mjere, sve djeluje baš ovako. Ako toplinska crpka ima okruženje za odabir energije koja osigurava optimalnu temperaturu, uređaj djeluje učinkovito, troškovi grijanja se smanjuju za oko 70-80%. Međutim, uvijek postoje slučajevi kada toplinska pumpa može biti iracionalno ulaganje sredstava.

Učinkovitost toplinske pumpe određuje se sljedećim tehnološkim karakteristikama:

  • parametar granične granice smanjenja temperature od strane radnog tijela;
  • minimalna razlika u temperaturama vanjskog izmjenjivača i okoliša, pri čemu je ekstrakcija topline iznimno mala;
  • razinu potrošnje energije i povratak korisnih toplinskih kapaciteta.

Učinkovitost korištenja toplinske pumpe ovisi o nekoliko čimbenika.

  1. Teritoriji gdje takva oprema ne pokazuje dobre rezultate - regije s hladnim zimama i niske prosječne dnevne temperature . U tom slučaju, toplinska pumpa jednostavno ne može uzeti dovoljno topline iz okoline, koja dolazi vrlo blizu zone nulte učinkovitosti. Prije svega, riječ je o zračnim sustavima.
  2. S povećanjem volumena grijanog prostora, tehnološki parametri toplinske pumpe povećavaju se gotovo u geometrijskom razvoju. Prekomjerni izmjenjivači topline postaju sve veći, povećavaju se veličina i broj sondi za uranjanje u vodi ili tlu. Na određenoj točki, trošak toplinske pumpe za grijanje, potrebni troškovi za njegovu ugradnju i održavanje, kao i plaćanje potrošene snage, jednostavno su neracionalna ulaganja. Puno je jeftinije stvoriti klasičnu shemu grijanja plinom s bojlerom.
  3. Složeniji sustav, skuplji i problematičniji je popravak u slučaju loma . Ovo je negativan dodatak veličini zagrijane površine i karakteristikama klimatskog pojasa.
Savjet! Općenito, upotreba toplinske pumpe kao jedinog izvora topline za dom može se uzeti u obzir samo u ograničenom broju situacija. Uvijek je razumno koristiti integrirani sigurnosni sustav. Ovdje broj mogućih kombinacija je ograničen samo dostupnim izvorima energije i financijskim mogućnostima vlasnika.

Classics - toplinska pumpa i kotao plina / kruta goriva, rade zajedno. Ideja je jednostavna: proizvodi izgaranja goriva se šalju kroz široku cijev. U njemu postoji izmjenjivač za toplinsku pumpu. U sustavu za grijanje i toplu vodu ugrađuju se spremnici i neizravni kotao za grijanje. Oprema (kotao i pumpa) aktivira se istodobno kada temperatura tekućine u distribucijskoj mreži padne. Rad u paru gotovo iskorištavaju energiju gorivog goriva, pokazujući se blizu maksimalnih pokazatelja učinka.

Sustav prilagodbe karakteristikama okoliša izgrađen je na toplinskoj crpki, ventilatorskoj jedinici, toplinskom pištolju bilo koje klase . Na dovoljno visokoj temperaturi zraka na ulici (do -5 ... -10 stupnjeva Celzija), toplinska pumpa radi u nominalnom načinu, osiguravajući dovoljnu toplinsku snagu za grijanje. Posebnost dizajna sustava je mjesto svog vanjskog izmjenjivača topline u odvojenom ventilacijskom kanalu. Ako temperatura na ulici pada ispod optimalne oznake, isporučeni zrak se zagrijava pomoću topline (dizel, električni ili plin).

Posebno vrijedi spomenuti: većina shema koje omogućuju prilagodbu temperaturi zraka ili stabilizacijskim parametrima za rad toplinske pumpe primjenjuju se na uređaje zrak-zrak i zrak-voda. Drugi sustavi, zbog vanjskih izmjenjivača topline izolirani u tlu ili vodi, ne dopuštaju stvaranje takvih "staklenika" radnih uvjeta.

Основные характеристики и расчет мощности теплового насоса

Общая рациональность установки теплонасоса для отопления дома оцениваются, прежде всего, по финансовым тратам . Сюда входят:

  • цена покупки оборудования;
  • стоимость монтажа, которая может включать земельные работы;
  • траты на периодическое обслуживание;
  • примерная стоимость ликвидации частых неполадок.

Выбор модели по мощности, как было сказано выше, базируется на общей потребности в теплообеспечении. Примерный расчет для одноэтажного дома 10х10 метров (300 кубометров объема) выглядит примерно так:

  • учитывается максимальная отрицательная зимняя температура (-20);
  • определяется разница между комнатой и окружающей средой (20 — -20 = 40);
  • высчитываются теплопотери стен, по справочным данным их материала (для кирпича табличное значение 1, теплопотери — 1х300х40 — 12000 килокалорий в час или 13, 5 кВт).

Полученная цифра — показатель минимальной мощности теплового насоса, которого хватит для отопления дома. Для выбора оптимальной модели характеристику нужно увеличить минимум на 50%. Это делается из-за того, что теплонасосу зимой придется работать в неоптимальных условиях, близко к нижней точке нулевой эффективности по температуре окружающей среды. Полученная цифра для рассматриваемого примера — около 20 кВт.

Вторая часть расчета — выбор емкости накопительного бака . Данную часть системы рекомендуется устанавливать, чтобы теплонасос мог работать ограниченное число циклов в сутки. В документации к оборудованию приводятся рекомендации по объему теплоаккумулятора для определенного показателя цикличности. Среднестатистическая цифра — 30 литров на киловатт при 3 запусках, 20 литров — при 5 запусках. Таким образом, для дома в рассматриваемом примере понадобится бак накопителя минимум в 400 литров для пяти циклов работы теплонасоса в сутки.

zaključak

Если в результате анализа климата, доступных источников энергии, характера почв принято решение купить теплонасос для отопления — рекомендуется доверить проектирование системы профессионалам. Оптимальный выбор модели основывается не только на особенностях оборудования и механике его работы. Специалисты учтут теплоотдачу почв, выберут комбинированную схему с хорошей эффективностью, рассчитают лучший вариант проведения земельных работ. Поэтому разработанная профессионалами система отопления с тепловым насосом не заставит столкнуться с неожиданностями и пожалеть о своем выборе.