Forskelle og fordele ved en luft-til-vand-varmepumpe

Her finder du ud af:

• Sådan fungerer luft-til-vand varmepumper
• Specificitet af anvendelse og arbejde
• Fordele og ulemper ved luftkildevarmepumper
• Top 5 fordele for planteejere
• Sådan vælges en luft-til-vand-varmepumpe
• Algoritme til samling af en hjemmelavet enhed
• Funktioner ved vedligeholdelse af enheden

En luft-til-vand-varmepumpe bruges til opvarmning af husholdnings- og industribygninger i de sydlige regioner og det centrale Rusland. Du kan købe en sådan enhed eller lave den selv, for eksempel fra et klimaanlæg.

Hvad skal du vide?

Du kan sige, at da varmepumper er så effektive, hvorfor bruges de så dårligt. Hele pointen ligger i de høje omkostninger ved udstyr og installation. Det er af denne enkle grund, at mange nægter denne løsning og vælger f.eks. Elektriske eller kulfyrede kedler. Ikke desto mindre er det ikke værd at kassere denne mulighed af mange grunde, som vi bestemt vil nævne i denne artikel. Når varmepumper er installeret, bliver de meget økonomiske, da de bruger jordens energi. Jordkildepumpen er en 3 i 1. Den kombinerer ikke kun en varmekedel og et varmtvandssystem, men også et klimaanlæg. Lad os se nærmere på dette udstyr og overveje alle dets styrker og svagheder.

Driftsprincip

For dem der ikke helt forstår emnet, er det værd at forklare, hvad en luft-til-vand-varmepumpe er. Faktisk er det et ”omvendt køleskab” - en enhed, der køler luften udenfor og varmer vandet i tanken. Derefter kan dette vand bruges til varmt vandforsyning eller opvarmning af huset.

Internt arrangement af en luft-til-vand-varmepumpe skematisk

Varmepumpen bruger en lukket cyklus og bruger kun elektricitet. Dens effektivitet måles som forholdet mellem den forbrugte elektriske energi og den modtagne termiske energi. Effektiviteten af ​​varmepumper måles også i COP (Coefficient of performance). COP 2 svarer til en effektivitet på 200% og betyder, at det for 1 kW elektricitet giver 2 kW varme.

Enhedens princip

Princippet om drift af en varmepumpe til opvarmning er baseret på brugen af ​​den potentielle forskel på termisk energi. Derfor kan sådant udstyr bruges i ethvert miljø. Det vigtigste er, at dens temperatur er mindst 1 grad Celsius.

Vi har et kølemiddel, der bevæger sig gennem rørledningen, hvor det faktisk opvarmes med 2-5 grader. Derefter kommer kølemidlet ind i varmeveksleren (internt kredsløb), hvor det frigiver den opsamlede energi. På dette tidspunkt er der et kølemiddel i det eksterne kredsløb, som har et lavt kogepunkt. Følgelig bliver det til gas. Når den kommer ind i kompressoren, komprimeres gassen, hvilket resulterer i, at dens temperatur bliver endnu højere. Derefter går gassen til kondensatoren, hvor den mister varmen og giver den til varmesystemet. Kølemidlet bliver flydende og flyder tilbage til det eksterne kredsløb.

Fordele og ulemper ved varmepumper

Varmepumper til opvarmning i hjemmet kan styres af specielt installerede termostater. Pumpen tændes automatisk, når medietemperaturen falder til under den indstillede værdi og slukker, hvis temperaturen overstiger indstillingspunktet. Enheden opretholder således en konstant temperatur i rummet - dette er en af ​​fordelene ved enhederne.

Enhedens fordele er dens økonomi - pumpen bruger en lille mængde elektricitet og miljøvenlighed eller absolut sikkerhed for miljøet. Enhedens største fordele:

• Pålidelighed.Levetiden overstiger 15 år, alle dele af systemet har en høj arbejdsressource, energidråber skader ikke systemet.
• Sikkerhed. Ingen sod, ingen udstødning, ingen åben ild, ingen gaslækage.
• Komfort. Driften af ​​pumpen er lydløs, hygge og komfort i huset hjælper med at skabe klimakontrol og et automatisk system, hvis drift afhænger af vejrforholdene.
• Fleksibilitet. Enheden har et moderne stilfuldt design, den kan kombineres med ethvert varmesystem i huset.
• Alsidighed. Det bruges i privat, civil konstruktion. Da den har et bredt effektområde. På grund af dette kan det give varme til værelser i ethvert område - fra et lille hus til et sommerhus.

Pumpens komplekse struktur bestemmer dens største ulempe - de høje omkostninger ved udstyr og dets installation. For at installere enheden er det nødvendigt at udføre gravearbejde i store mængder.

Kort om typerne af varmepumper

Flere populære geotermiske pumpedesign er kendt i dag. Men under alle omstændigheder kan deres driftsprincip sammenlignes med køleudstyrets arbejde. Derfor kan pumpen, uanset type, bruges som klimaanlæg om sommeren. Så klassificeres varmepumper efter, hvor de kan udvinde varme fra:

• Fra jorden;
• Fra reservoiret;
• Uden for luften.

Den første type foretrækkes mest i kolde områder. Faktum er, at lufttemperaturen ofte falder til -20 og derunder (for eksempel Den Russiske Føderation), men dybden af ​​jordfrysning er normalt ubetydelig. Med hensyn til reservoirer er de ikke overalt, og det anbefales ikke at bruge dem. Under alle omstændigheder er det bedre at vælge en jordvarmepumpe til opvarmning i hjemmet. Vi undersøgte enhedens driftsprincip lidt, så vi går videre.

Hvordan fungerer en jordkildevarmepumpe? Driftsprincip.

For at opnå varme fra jorden er det nødvendigt med en jordvarmeveksler. For at gøre dette placeres et rør simpelthen i jorden og danner en løkke, hvor væske cirkulerer - det kaldes populært saltlage. Sløjfen (i praksis er der flere) passerer gennem fordamperen på varmepumpen, hvor temperaturen på saltlage falder og bliver lavere end jordens temperatur. Passerer længere langs røret i jorden, opvarmes saltvand gradvist. I slutningen kommer den igen ind i fordamperen, hvor den afgiver varme.

Således medierer saltlage temperaturforskellen mellem jorden og pumpeinddamperen.

Varmeveksleren kan være vandret eller lodret. Landgrundens størrelse hjælper med at vælge en løsning - der kræves flere hundrede kvadratmeter til fremstilling af en vandret varmeveksler, og flere dusin er nok til lodrette sonder.

Det er vigtigt, at volumenet på varmeveksleren er stort - i hele opvarmningssæsonen modtager pumpen flere megawatt-timer varme fra jorden. Hvis den er for lille, udsættes den for overdreven afkøling, og pumpen kan derfor ikke fungere korrekt. Styringssystemet for en jordkildevarmepumpe slukker som regel, når temperaturen på saltvand falder til -7 ° C, fordi under denne værdi forstyrres forløbet af processer i kredsløbet.

Jordvarmepumpe med vandret varmeveksler.

I tilfælde af en varmeveksler lavet af vandrette rør, er den optimale dybde 0,2 - 0,5 m under fryselinien. Men hvis der er et vandløb i en relativt lav dybde, er den bedste løsning at placere rør i det. Derefter opnår varmepumpen en højere effektivitetsfaktor Kp.

Rør af en vandret varmeveksler lægges i en forberedt hul med dimensioner svarende til den krævede overflade af varmeveksleren. De føres i form af en spole (bøjninger) over hele overfladen af ​​brønden og observerer visse intervaller mellem tilstødende sektioner.Intervallerne bør ikke være mindre end 0,4 m og ikke mere end 1,2 m under hensyntagen til jordtypen, hvorfra dens evne til at "regenerere" (tilføje varme) følger. Jo længere jordoverfladen er frossen, jo større skal intervallet være.

Det skal huskes, at varmeudbyttet fra varmeveksleren ikke strømmer fra rørets længde, kun fra overfladen af ​​jorden, hvorpå det er lagt. Små huller tillader ikke at modtage mere varme fra det på grund af behovet for at bruge et langt rør. Dette betyder en højere investerings- og driftsomkostning, fordi der kræves en cirkulationspumpe med en højere kapacitet for at pumpe saltlage gennem et langt rør. På grund af dette for store hul mellem rørene sker det, at varmen ikke kommer ind i den designede mængde, så varmevekslerens effekt er mindre.

Projekt til jordvarmeveksler.

Design af en jordvarmeveksler med passende størrelse er nøglen til korrekt drift af en varmepumpe. For at beregne den krævede værdi kræves information om varmepumpens krævede effekt. Hvis det ikke er i enhedens tekniske egenskaber, er det tilstrækkeligt at vide, at det svarer til den termiske effekt reduceret af kompressoreffekten. Hvis vi ikke ved, hvilken kapacitet kompressoren har, men vi har oplysninger om kapacitetsfaktoren Kp, derefter beregnes køleeffekten med tilstrækkelig nøjagtighed ved hjælp af formlen:

Qcool = (Кп - 1) / Кп • Qtopl.

Det er nødvendigt at være opmærksom på, at de substituerede værdier nås ved en temperatur svarende til den, der hersker både i jorden og i varmesystemet under pumpens drift ved fuld kapacitet (for eksempel 0/35 - saltvandstemperatur 0 grader Celsius, varmesystem 35 grader Celsius).

Beregning af varmeveksleroverfladen på en vandret jordvarmepumpe.

Styrken, hvormed en jordvarmeveksler overfører varme, afhænger af jordtypen, nemlig dens fugtindhold. Afhængig af dette tages følgende værdier for jordens termiske effekt for at beregne overfladen på den vandrette varmeveksler qg (til polyethylenrør):

• sandtør - 10 W / m2
• sand, våd - 15-20 W / m2
• leragtigt - 20-25 W / m2
• leragtig, våd - 25-30 W / m2
• våd (akvifer) - 35-40 W / m2.

Selvfølgelig er disse vejledende værdier.

Det er vanskeligt at vurdere, om jorden er den samme over hele det område, der er beregnet til varmeveksleren, indtil de begynder at bygge den, så det er bedre at tage en lavere værdi til beregningen. I et korrekt lavet system kører varmepumpens kompressor fra 1800 til 2400 timer om året, og jordens varmeydelse fører til forlængelse af arbejdstiden.

Varmevekslerens overflade beregnes efter formlen:

A = Q / qg

Eksempel: Husets behov for energi til opvarmning er 14 kW, og pumpen tilfredsstiller dem fuldt ud (skal fungere i et monovalent system). Den valgte enhed modtager en termisk effekt (opvarmning) på 14 kW for parametrene 0/35, mens der opnås en effektivitetskoefficient Kp = 4,5. Køleeffekten er derfor Qcool = (4,5-1) / 4,5 • 14 = 10,9 kW, det vil sige 10900 W. Varmeveksleren skal fremstilles i tør lerjord, derfor skal dens areal være A = 10 900/20 = 545 m2. Opmærksomhed henledes på, at i tilfælde af en akvifer jord kan varmeveksleren være to gange mindre, men hvis jorden er sand, vil dens areal optage mere end 1000 m2. I en sådan situation er den bedste løsning at placere rørene lodret.

Varmeveksler til en lodret jordvarmepumpe.

Varmepumpen opnår en højere effektivitetsfaktor Kp, når varmevekslerrørene er placeret lodret i jorden - i en dybde på 40-150 m.Dette skyldes, at temperaturen på jorden på en dybde under 10 m er omkring 10 grader Celsius året rundt - det vil sige om vinteren er den næsten ti mere end på en dybde på 1,5 meter.

Udførelsen af ​​en lodret varmeveksler er dog klart dyrere end en vandret. Disse er lodrette sektioner af et rør, der danner en løkke (røret går ned gennem hullerne, i bunden drejer det og går op). De kaldes geotermiske sonder. I dette tilfælde beregnes de ikke efter areal, men af ​​den samlede længde af varmeveksleren, der normalt består af mere end en sonde.

I lodrette brønde placeres et eller to par rør (U- eller Y-sonde). Indføring af brøndrøret letter af hovedet, et element, der forbinder stigrørene, og som kan tilpasses til at rumme et ekstra påfyldningsrør. Hovedet skubbes ind i hullerne, og med det rørene til varmeveksleren. Derefter hældes flydende beton i brønden.

I en Y-type varmeveksler strømmer væske ned til hovedet i det ene rør og vender tilbage fra hovedet i det andet. I en dobbelt U-varmeveksler flyder den med to rør ned og to op.

Afstanden mellem borepunkter op til 50 m dyb bør ikke være mindre end 5 m, og i tilfælde af dybere fra 8 til 15 meter. Skal placeres på en linje vinkelret på vandstrømningsretningen.

Beregning af længden af ​​varmeveksleren på den lodrette jordvarmepumpe.

I dette tilfælde er det vigtigt, hvordan jordens egenskaber ændres med dybden. Information kan gives ved hjælp af geologiske kort og dokumentation af brønde, der tidligere er lavet i nærheden. På dette grundlag er det muligt at estimere tykkelsen af ​​de enkelte jordlag og beregne gennemsnitsværdien af ​​den termiske ledningskoefficient for det område, hvor varmevekslerrørene skal placeres.

Beregninger er imidlertid ikke i stand til at tage højde for alle grundvandsbevægelser, og i praksis sker det ofte, at det opnåede resultat er markant forskelligt fra virkeligheden. For at være sikker på, at den lodrette varmeveksler fungerer korrekt, er det nødvendigt at foretage en undersøgelse af jorden på det sted, hvor boringen skal udføres. I dette tilfælde produktiviteten af ​​jordens varme qg afhænger også af typen.

For PE80-rør er det:

• tør sandjord - 10-12 W / m;
• sandvåd - 12-16 W / m;
• medium ler tør - 16-18 W / m;
• medium ler våd - 19-21 W / m;
• kraftig ler tør - 18-19 W / m;
• kraftig ler våd - 20-22 W / m;
• våd (akvifer) - 25-30 W / m.

Det er nødvendigt at tage højde for tykkelsen af ​​de enkelte lag af en bestemt type jord og på dette grundlag beregne den samlede ydelse for hver sonde.

Jordens varmeydelse, hvor begge lag er tørre, ligesom akviferer, når der anvendes dobbelt U-prober (fire rør i brønden), er i gennemsnit ca. 50 W / m. Det kan foreløbigt antages, at der i tilfælde af ansøgernes varmepumpe i eksemplet med beregning af en vandret varmeveksler (kølekapacitet 10,9 kW) kræves huller med en samlet længde på L = 10.900 / 50 = 218 m, at er for eksempel fire på 55 meter hver.

"Grundvand": hvordan placeres det bedst?

At få varme fra jorden betragtes som den mest passende og rationelle. Dette skyldes det faktum, at der praktisk talt ikke er temperaturudsving i en dybde på 5 meter. En speciel væske bruges som varmebærer. Det kaldes almindeligvis saltlage. Det er helt miljøvenligt.

Med hensyn til placeringsmetoden, dvs. vandret og lodret. Den første type er kendetegnet ved, at plastrør, der repræsenterer den ydre kontur, lægges vandret på pladsen. Dette er meget problematisk, da lægningsarbejdet skal udføres på et område på 25-50 kvadratmeter. I tilfælde af lodrette brønde bores lodrette brønde med en dybde på 50-150 meter.Jo dybere sonderne er placeret, jo mere effektiv fungerer den geotermiske varmepumpe. Vi har allerede overvejet driftsprincippet, og nu vil vi tale om vigtige detaljer.

Varmepumpe "Vand-til-vand": driftsprincip

Du må heller ikke straks kassere muligheden for at bruge vandets kinetiske energi. Faktum er, at temperaturen på store dybder forbliver ret høj og varierer i små intervaller, hvis det overhovedet sker. Du kan gå flere måder og bruge:

• Åbne vandområder som floder og søer.
• Grundvand (godt, godt).
• Spildevand fra industrielle kredsløb (returvandforsyning).

Fra et økonomisk og teknisk synspunkt er den nemmeste måde at oprette driften af ​​en geotermisk pumpe i et åbent reservoir. Samtidig er der ingen signifikante strukturelle forskelle mellem pumperne "jord-vand" og "vand-vand". I sidstnævnte tilfælde forsynes rør nedsænket i et åbent reservoir med en belastning. Med hensyn til anvendelsen af ​​grundvand er design og installation mere kompleks. Det er nødvendigt at tildele en separat brønd til vandudledning.

Princippet om drift af luft-til-vand-varmepumpen

Denne type pumpe betragtes som en af ​​de mindst effektive af forskellige årsager. For det første falder temperaturen i luftmasserne betydeligt i den kolde årstid. I sidste ende fører dette til et fald i pumpeeffekt. Det kan muligvis ikke klare opvarmningen af ​​et stort hus. For det andet er designet mere komplekst og mindre pålideligt. Imidlertid reduceres installations- og vedligeholdelsesomkostningerne betydeligt. Dette skyldes, at du ikke har brug for et reservoir, en brønd, og at du ikke behøver at grave skyttegrave til rør i dit sommerhus.

Systemet placeres på taget af bygningen eller et andet passende sted. Det er værd at bemærke, at dette design har et betydeligt plus. Det består i muligheden for at bruge udstødningsgasser, luft, der forlader rummet igen. Dette kan kompensere for udstyrets utilstrækkelige kapacitet om vinteren.

Luft-til-luft-pumper og mere

Sådanne installationer er af en række årsager endnu mindre almindelige end "Air-Water". Som du måske har gættet, bruges luft i vores tilfælde som en varmebærer, der opvarmes fra en varmere luftmasse fra miljøet. Der er et stort antal ulemper ved et sådant system, der spænder fra lav produktivitet til høje omkostninger. En luft-til-luft-varmepumpe, hvis princip du kender, er ikke kun dårlig i varme områder.

Der er også styrker her. For det første de lave omkostninger ved kølemidlet. Chancerne er, at du ikke vil støde på en luftlinjelækage. For det andet er effektiviteten af ​​en sådan løsning ekstremt høj i forår-efterårsperioden. Om vinteren er det upraktisk at bruge en luftvarmepumpe, hvis driftsprincip vi har overvejet.

DIY luftvarmepumpe: monteringsdiagram

I modsætning til ret komplekse geotermiske og hydrotermiske systemer er en luft-til-vand-varmepumpe tilgængelig til fremstilling selv på egen hånd.

Desuden har vi brug for et relativt billigt sæt til fremstilling af et luftsystem bestående af følgende dele og samlinger:

Ekstern luft-til-vand varmepumpeenhed

• Split systemkompressor - den kan købes i et servicecenter eller i et værksted
• 100-liters rustfri tank - kan fjernes fra enhver gammel vaskemaskine
• En polymer beholder med en bred mund - en almindelig dåse eller polypropylen vil gøre.
• Kobberrør med en gennemstrømningsdiameter på mere end 1 millimeter. Du bliver nødt til at købe dem, men dette er det eneste dyre køb i hele projektet.
• Et sæt afspærrings- og kontrolventiler, der inkluderer en afløbshane, en luftetsningsventil, en sikkerhedsventil.
• Befæstelseselementer - beslag, rørklemmer, klemmer og andre.

Derudover har vi brug for det billigste kølemiddel - freon og i det mindste den enkleste styreenhed, uden hvilken brugen af ​​varmepumper vil være meget vanskelig på grund af behovet for at synkronisere kompressorens drift med temperaturen på overfladen af fordamper og kondensator.

Montering af enheden

Nå, selve byggeprocessen er som følger:

• Vi laver en spole af et kobberrør, hvis dimensioner skal svare til ståltankens tværsnit og højde.
• Vi monterer spolen i tanken og efterlader kobberrørudløbene uden for den. Derefter forsegler vi tanken og udstyrer den med et indløb (nederst) og udløb (øverst). Som et resultat opnås det første element i systemet - kondensatoren - med færdige vandhaner til direkte opvarmningsrør (øvre montering) og retur (nederste montering)
• Vi monterer kompressoren på væggen (ved hjælp af beslaget). Vi forbinder kompressorens trykforbindelse med kobberrørets øvre udgang.
• Vi fremstiller en anden spole af et kobberrør, hvis dimensioner falder sammen med tværsnittet og højden af ​​polymerdåsen.
• Vi monterer spolen i dåsen og installerer en blæser i enden, der blæser luft ind i spolen. Desuden skal to emner komme ud af dåsen. Som et resultat monteres hele denne struktur, som er systemets fordamper, på facaden eller i ventilationsakslen.
• Vi forbinder den nedre udgang af tanken (kondensatoren) med den nedre udgang af dåsen (fordamperen) ved at skære en kontroldrossel ind i denne rørledning.
• Vi forbinder dåseens øvre udgang med kompressorens sugerør.

Det er dybest set det. Systemet baseret på driften af ​​en luftkildevarmepumpe er næsten komplet. Det er kun at hælde kølemiddel i kompressoren og forbinde gashåndtaget til styreenheden.

Hjemmelavet varmepumpe

Undersøgelser har vist, at tilbagebetalingsperioden for udstyret afhænger direkte af det opvarmede område. Hvis vi taler om et hus på 400 kvadratmeter, er det cirka 2-2,5 år. Men for dem, der har et mindre hus, er det meget muligt at bruge hjemmelavede pumper. Det kan synes, at det er vanskeligt at fremstille sådant udstyr, men faktisk er det noget ikke sådan. Det er nok at købe de nødvendige komponenter, og du kan fortsætte med installationen.

Det første trin er at købe en kompressor. Du kan tage den på klimaanlægget. Monter det på samme måde på bygningens væg. Derudover er der behov for en kondensator. Du kan bygge det selv eller købe det. Hvis du følger den første metode, skal du bruge en kobberspiral med en tykkelse på mindst 1 mm, den er placeret i kufferten. Det kan være en tank af en passende størrelse. Efter installation svejses tanken, og de nødvendige gevindforbindelser foretages.

Effekt og effektivitet

Hvis effektiviteten af ​​geotermiske og vandvarmepumper praktisk talt ikke afhænger af sæsonen, er situationen anderledes med luftvarmepumper. Ydeevne afhænger direkte af udetemperaturen, jo koldere den er, jo lavere COP (effektivitet).

Mange mennesker tror, ​​at hvor meget varme det kan producere afhænger af varmepumpens effekt, men dette er ikke tilfældet. Det karakteriserer energiforbruget, og mængden af ​​genereret varme afhænger af effektiviteten. Derfor - fra lufttemperaturen uden for huset.

Den sidste del af arbejdet

Under alle omstændigheder skal du i sidste ende ansætte en specialist. Det er en kyndig person, der skal lodde kobberrør, pumpe freon og også starte kompressoren for første gang. Efter at have samlet hele strukturen er den forbundet til det interne varmesystem. Udendørskredsløbet installeres sidst, og dets funktioner afhænger af den anvendte varmepumpetype.

Overse ikke et så vigtigt punkt som at udskifte forældede eller beskadigede ledninger i huset. Eksperter anbefaler at installere en måler med en kapacitet på mindst 40 ampere, hvilket skal være ret nok til drift af en varmepumpe.Det vil ikke være overflødigt at bemærke, at sådant udstyr i nogle tilfælde ikke lever op til forventningerne. Dette skyldes især unøjagtige termodynamiske beregninger. For at det ikke sker, at du brugte mange penge på opvarmning, og om vinteren var du nødt til at installere en kulkedel, skal du kontakte betroede organisationer med positive anmeldelser.

Frem for alt sikkerhed og miljøvenlighed

Opvarmning med pumperne beskrevet i denne artikel er en af ​​de mest miljøvenlige metoder. Dette skyldes hovedsageligt reduktionen af ​​kuldioxidemissioner i atmosfæren samt bevarelsen af ​​ikke-vedvarende energikilder. Forresten, i vores tilfælde bruges vedvarende ressourcer, så der er ingen grund til at være bange for, at varmen pludselig ender. Takket være brugen af ​​et stof, der koger ved lave temperaturer, blev det muligt at realisere den omvendte termodynamiske cyklus og med mindre energi få en tilstrækkelig mængde varme ind i huset. Hvad angår brandsikkerhed, så er alt klart. Der er ingen mulighed for lækage af gas eller brændselsolie, eksplosion, ingen farlige steder til opbevaring af brændbare materialer og meget mere. I denne henseende er varmepumper meget gode.