Tepelné čerpadlo je zaujímavá vec, ale drahá. Približné náklady na zariadenie + zariadenia s externým obvodom sú od 300 do 1 000 dolárov za 1 kW výkonu. Ak poznáme „šikovnosť“ ruského ľudu, dá sa ľahko predpokladať, že v rozľahlosti našej obrovskej a rozmanitej domoviny funguje viac ako jedno ručne vyrobené tepelné čerpadlo. Najčastejšie existujú domáce zariadenia, ktoré vyrábali „chladničky“. A je to pochopiteľné, pretože tepelné čerpadlo aj mraznička fungujú na rovnakom princípe, jedná sa iba o to, že systém teplární je zameraný na zber tepla, nie na jeho odvádzanie, a kompresor sa používa s vyšším výkonom.
Prečítajte si, ako to funguje tu.
Čo môže byť zdrojom tepla pre tepelné čerpadlo
Teplo na vykurovanie miestnosti je možné získavať zo vzduchu vonku. Tu však nevyhnutne vzniknú ťažkosti s prevádzkou: teplotné výkyvy, aj priemerné denné, sú príliš veľké, nehovoriac o tom, že tepelné čerpadlo vykazuje normálnu účinnosť pri teplotách nad 0 ° C. A koľko regiónov máme v zime taký obraz ? Na jar, a dokonca aj vtedy nie skoro, a nie na celom území, a nie stále.
Zdrojom tepla pre váš dom vykurovaný tepelným čerpadlom môže byť akékoľvek prostredie
Zdroj tepla umiestnený vo vode vyzerá oveľa prijateľnejšie. Ak je v blízkosti rieka, jazero alebo rybník so slušnou hĺbkou, je to skvelé: potrubie môžete jednoducho utopiť. Je len dôležité, aby tam nelovili rybári s donkami.
Ďalšou dobrou možnosťou je studňa, ale je tu možnosť, že hladina klesne a budete musieť hľadať iný zdroj. Ale zatiaľ je všetko v poriadku, bude to fungovať dobre: priemerná teplota vody v podzemných horizontoch je 5-7 oC. To je viac ako dosť na prevádzku tepelného čerpadla.
Možno vás prekvapí, ale môžete použiť aj kanalizáciu - teploty sú tam vyššie ako v studniach. Potrubie je možné umiestniť do žumpy alebo studne, ale za podmienky, že je neustále zakryté vodou. A potrubie bude musieť byť chemicky odolné.
Horizontálny podzemný kolektor je mimoriadne namáhavá úloha: bude potrebné odstrániť pôdu z niekoľkých stoviek metrov štvorcových do hĺbky pod bodom mrazu. Jedná sa o veľmi veľké objemy, ktoré nie je možné zvládnuť samostatne alebo dokonca s asistentom. A ako ukázala prax, v našich klimatických podmienkach sú tieto systémy neúčinné: zimy sú príliš tuhé.
S vertikálnymi kolektormi to nie je o nič lepšie - bez vrtného vybavenia sa sotva zaobídete. Počet a hĺbka studní závisia od pôdy: rozsah možného odvodu tepla z metra studne je veľmi veľký. Od 25 W / mv suchej drvine a piesčitej pôde, do 80-85 W / mv mokrej drvine a piesočnatej pôde alebo v žule. V súlade s tým je rozdiel v dĺžke jamiek 3-krát a viac.
Tu je schéma vykurovania domu pomocou tepelného čerpadla. Pri použití, ako v opísanom príklade, dvoch studní a pri absencii uzavretej slučky musí byť vzdialenosť medzi týmito dvoma studňami najmenej 20 metrov. A musíte brať do úvahy smer prúdenia, aby studená voda z čerpadla neznižovala teplotu v „darcovskej“ studni
V opísanom príklade domáceho tepelného čerpadla je zdrojom tepla studňa s dobrým prietokom vody. Voda prichádza tak rýchlo, že pokryje spotrebu pre potreby domácnosti a stačí na prenos potrebného množstva tepla (vypočítal sa požadovaný prietok vody a podľa toho sa zvolilo čerpadlo).Zdrojom tepla pre túto úpravu však môže byť ktorýkoľvek z vyššie opísaných zdrojov, okrem vzduchu. Po rozhodovaní o zdroji tepla bude možné vyrobiť tepelné čerpadlo na vykurovanie domu.
Typy tepelných čerpadiel
Aby ste jasne pochopili, čo je tepelné čerpadlo, musíte vedieť, aký je jeho tepelný nosič na obrysoch jeho konštrukcie mimo a vo vnútri domu. Tieto chladiace kvapaliny klasifikujú toto zariadenie.
Typy tepelných čerpadiel
Zariadenie prijíma energiu na svoju činnosť z nasledujúcich zdrojov:
- voda. Zdrojom môže byť vodný útvar, centralizovaný vodovod alebo studňa atď .;
- primovanie;
- vzduch.
V interiéri sa energia získaná takýmto zariadením používa nielen na vykurovanie, ale aj na klimatizáciu, ako aj na ohrev vody. Kombinácia rôznych funkcií a použitých prvkov umožňuje rozdeliť tepelné čerpadlá na niekoľko typov, medzi ktoré patria:
- voda-voda;
- vzduch-voda;
- pôda-voda.
Voda-vzduch
Najefektívnejšie systémy na vykurovanie sú systémy voda-voda. Táto účinnosť je spôsobená skutočnosťou, že teplota použitej vody umiestnenej vo veľkých hĺbkach je konštantná a má pomerne vysoké ukazovatele. Na získanie energie z tohto typu zdroja môžu použiť:
- studne a studne, pomocou ktorých sa čerpá podzemná voda;
- útvary otvorenej vody, ktoré zahŕňajú rieky a jazerá;
- odpadová voda, ktorá sa používa v priemysle na výrobu technológií.
Najnižšie náklady budú vyžadovať tepelné čerpadlo, ktoré využíva energiu získanú z otvoreného zásobníka. V takom prípade budete musieť potrubia naplniť chladiacou kvapalinou a spustiť ich do vody. V prípade podzemných vôd sa používa nákladnejšia stavba, pretože jej realizácia je už teraz náročnejšia. Ak chcete vypustiť vodu, musíte si postaviť studňu. Táto voda bude prechádzať cez výmenník tepla.
Obvod vzduch-voda alebo vzduch
Tepelné čerpadlo vzduch-voda kombinuje klady a zápory. Medzi výhody patrí zbytočnosť pri vývoji vrtov s veľkou hĺbkou a práce spojené s čistením pôdy. Nevýhodou týchto zariadení je ich nízky výkon v chladnom období, čo ovplyvňuje jeho najnižšiu účinnosť medzi ostatnými modelmi. Ak chcete používať toto zariadenie, musíte na strechu domu namontovať príslušné vybavenie.
Tepelné čerpadlo so zdrojom vzduchu
Výhodu tohto prevedenia možno pripísať jeho schopnosti opätovne využiť odchádzajúce teplo z priestorov, ktoré ohrieva tepelné čerpadlo vo forme dymu, vody alebo vzduchu. V zime bude na elimináciu nedostatku tepla potrebné alternatívne vykurovanie.
Podzemná voda
Tepelné čerpadlo tohto typu je tiež veľmi efektívnym zdrojom energie na vykurovanie. Je to spôsobené tým, že teplo, ktoré sa získava zo zeme hlbokej 5 metrov, má konštantné hodnoty teploty a nie je ovplyvňované zmenami poveternostných podmienok na povrchu zeme. Na vonkajšom okruhu je chladiacou látkou špeciálne bezpečné zloženie, ktoré sa nazýva soľanka a ktoré je bezpečné z hľadiska životného prostredia.
Externý okruh používaný pre tento typ tepelného čerpadla môže byť horizontálny alebo vertikálny.
Rúry použité pre tento systém musia byť plastové. Horizontálna realizácia si vyžaduje veľkú plochu pozemku. Po položení potrubí pod zem nemožno tento pozemok použiť na poľnohospodárske účely.
Je povolené pestovať trávnik alebo rastliny rovnakého veku. Pre vertikálne vykonanie bude potrebné vyvinúť niekoľko vrtov, ktorých hĺbka sa pohybuje od 50 do 150 metrov, pretože v takej hĺbke má pôda stabilnú a vysokú teplotu. Takéto zariadenie sa nazýva geotermálne čerpadlo.Na prenos energie z takýchto hĺbok sa používajú špeciálne sondy.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Prostredie okolo nás má pri teplotách nad jeden stupeň určité množstvo energie. Túto energiu je možné využiť pomocou tepelného čerpadla. Jeho princíp činnosti je založený na prestupe tepla zo zdroja s nízkym potenciálom s tepelnou energiou na tepelný nosič, ktorého teplota je oveľa vyššia.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Toto sa implementuje takto:
- Chladiaca kvapalina vstupuje do potrubia umiestneného v zemi. Zahrieva sa o pár stupňov.
- Potom chladiaca kvapalina, ktorá prešla do výparníka, prenáša do vnútorného okruhu energiu, ktorá sa zhromažďovala vo výparníku.
- Chladivo je umiestnené vo vonkajšom okruhu, ktoré sa po zahriatí vo výmenníku tepla zmení na plyn.
- Za účelom zvýšenia teploty tohto chladiva vstupuje kompresor pod vysokým tlakom do kompresora.
- Už zahriaty chladiaci plyn vstupuje do kondenzátora, ktorý zase vydáva teplo chladiacej kvapaline vo vykurovacom systéme miestnosti.
- Po skončení cyklu sa chladivo, ktoré stratilo teplo, zmení na tekuté a vráti sa do svojej pôvodnej polohy.
Na podobnom princípe fungujú aj chladiace jednotky. Preto tepelné čerpadlá sa dá použiť na kondenzáciu vzduchu v horúcom počasí rokov (split systémy), od chladničky.
Z prevádzkových skúseností tepelného čerpadla „urob si sám“
Ako ukázala prax, výkon predstavenej možnosti je nízky: 2,6 - 2,8 kW. O vysokej účinnosti tohto tepelného čerpadla nie je potrebné hovoriť: na ploche 60 m2 pri vonkajšej teplote -5 oC sám udržuje + 17oC. Ale systém bol zvážený a nainštalovaný pod kotlom - radiátory pri vstupnej teplote + 45 ° C jednoducho nemôžu vydávať viac. Systém v dome fungoval staro a počet radiátorov sa nezvýšil, zatiaľ ich však v chlade ohrievali kachle.
Ak sa do konštrukcie pridá regeneračný výmenník tepla, zvýši sa to účinnosť o 10 - 15%. Vzhľadom na to, že náklady sú nízke, môžete to urobiť. Budete potrebovať dve medené rúry, každá s dĺžkou 1,5 metra. Jeden s priemerom 22 mm, druhý - 10 mm. Na tenší sa navinie 4-žilový vodič (dĺžka 3 - 4 metre, priemer 4 mm), aby sa zväčšila plocha výmeny tepla, jeho konce sú na rúrku pripájané tak, aby sa neodvíjali. Drôtená rúra sa jemne zasunie do trubice s väčším priemerom. Musí byť inštalovaný medzi kompresorom a výparníkom. Upresnenie je nepodstatné, ale výrazne zvyšuje účinnosť. Je pravda, že za určitých podmienok je to nebezpečné: teplý freón sa môže dostať do kompresora, čo povedie k jeho poruche.
Vylepšenie okruhu: môžete pridať regeneračný výmenník tepla, ktorý zvýši produktivitu asi o 15-20%
Druhou možnosťou zvýšenia účinnosti, bezpečnejšej a nemenej účinnej, je zabudovanie dodatočného výmenníka tepla na ohrev vody alebo glykolu.
Čo treba hľadať, ak sa rozhodnete pre výrobu vlastného tepelného čerpadla. Existuje niekoľko vecí, z ktorých sa dá poučiť iba zo skúseností:
- Štartovacie prúdy tejto konkrétnej inštalácie boli veľmi slušné. Na spustenie inštalácie nebolo vždy dostatok sieťových prostriedkov. Preto, ak urobíte vážnu inštaláciu, je lepšie vziať si trojfázový kompresor a dodať trojfázový vstup. Áno, nie lacné, ale pre stabilný štart jednofázového kompresora je potrebný elektronický stabilizátor slušného výkonu, ktorý sa tiež nedá nazvať lacným.
- Tepelné čerpadlo na hotovom radiátorovom systéme nebude mať normálnu teplotu v miestnosti. Sú určené pre inú teplotu chladiacej kvapaliny, ktorú sú tieto inštalácie, najmä tie domáce, veľmi zriedkavo schopné dať.Preto buď inovujte systém (pridaním minimálne rovnakého počtu sekcií radiátora), alebo nainštalujte vodné podlahy.
- Ak sú v studni tri krúžky vody, neznamená to, že má veľký debet. Musíte vedieť, koľko vody je schopný dať pri jej neustálom výbere.
Princíp činnosti tepelného čerpadla
Zvláštnosťou tepelných čerpadiel je, že pracujú z prírodných zdrojov energie. Na uvoľnenie tepelnej energie čerpadlo nepotrebuje naftu, elektrinu ani tuhé palivá.
Zdrojom energie je voda, atmosféra a pôda. Čerpadlá negenerujú teplo, ale ho jednoducho prenášajú do budovy. Používa sa na to malé množstvo elektriny.
Na zabezpečenie tepla v dome potrebujete iba tepelné čerpadlo a zdroj tepla. Princíp činnosti systému pripomína princíp bežnej chladničky, práve naopak. V tomto prípade sa teplo odoberá zvonka a prenáša sa do domu.
Dôležitý bod: hlavným prvkom v alternatívnom vykurovacom systéme je práve tepelné čerpadlo, preto k jeho konštrukcii treba pristupovať veľmi opatrne.
Čerpadlo sa skladá z nasledujúcich prvkov:
Vlastnosti tepelného čerpadla vzduch-vzduch:
- kompresor, ktorý je medzičlánkom systému;
- výparník. Prebieha v ňom prenos energie s nízkym potenciálom;
- škrtiaci ventil, cez ktorý sa chladivo (freón) vracia do výparníka;
- kondenzátor, kde sa freón ochladzuje a uvoľňuje sa tepelná energia.
Čerpadlo pracuje podľa určitého princípu. Vyzerá to asi takto:
Princíp činnosti tepelného čerpadla. (Klikni na zväčšenie)
- Nízko kvalitné teplo, ktoré sa uvoľňuje z vonkajších zdrojov energie, sa prenáša potrubím do výparníka - na prvý prvok v konštrukcii čerpadla. Teplo sa prenáša tepelnými nosičmi, ktoré sú schopné odolávať nízkym teplotám a súčasne nezamŕzať.
- Tu sa teplo prenáša na chladivo, ktoré cirkuluje v uzavretej slučke systému. Freón sa často používa ako chladivo.
- V kompresore pôsobí na freón vysoký tlak, ktorý výrazne zvyšuje jeho teplotu.
- V ďalšom stupni chladivo vstupuje do kondenzátora, kde sa teplo prenáša do okruhu vykurovacieho systému. Výsledkom je, že teplo ide do miestnosti a freón sa po ochladení vráti do tekutého stavu.
- Pomocou redukčného ventilu sa freón vracia späť do výparníka, kde sa proces opakuje.
Na základe princípu činnosti čerpadla sa elektrina vynakladá iba na prevádzku kompresora. Vďaka tomu sa tepelné čerpadlo stáva najekonomickejším spôsobom prenosu tepla.
Môže vás zaujímať článok o vlastnostiach tepelných čerpadiel na vykurovanie domu. Podrobnú klasifikáciu tepelných čerpadiel si môžete prečítať v tomto článku.
Výsledky
Cena tepelného čerpadla z klimatizačného zariadenia je nepochybne niekoľkonásobne nižšia ako v prípade hotových továrenských možností, dokonca aj v Číne. Ale tu existuje veľa odtieňov: musíte sa postarať o zdroj a množstvo dodávaného tepla, správne vypočítať dĺžku tepelných výmenníkov (špirál), nainštalovať automatizáciu, poskytnúť zaručený výkon atď. Ale ak ste schopní tieto problémy vyriešiť, potom je to nepochybne prospešné. Dáme vám radu: v prvom roku je veľmi žiaduce mať záložné kúrenie a testovanie a skúšobnú prevádzku je lepšie vykonať v lete, aby bol čas na revíziu jednotky pred štartom vykurovacej sezóny.
Výhody a nevýhody tepelných čerpadiel
K plusom použitie vykurovacích systémov založených na použití tepelných čerpadiel možno pripísať nasledujúci:
- Ziskovosť počas prevádzky;
- Environmentálna bezpečnosť zariadení;
- Požiarna bezpečnosť zariadení;
- Prevádzková spoľahlivosť;
- Autonómia práce.
Medzi nevýhody patrí:
- Vysoká cena;
- Zložitosť celého komplexu diel;
- Potreba väčších opráv po uplynutí životnosti spojená s významnými materiálovými investíciami.
