Тук ще разберете:
- Как работят термопомпите въздух-вода
- Специфичност на приложението и работата
- Предимства и недостатъци на термопомпите с източник на въздух
- Топ 5 предимства за собствениците на растения
- Как да изберем отоплителна помпа въздух-вода
- Алгоритъм за сглобяване на самоделна единица
- Характеристики на поддръжката на уреда
Термопомпа въздух-вода се използва за отопление на битови и промишлени помещения в южните райони и централна Русия. Можете да си купите такова устройство или да го направите сами, например от климатик.
Какво трябва да знаете?
Можете да кажете, че тъй като термопомпите са толкова ефективни, защо се използват толкова зле. Цялата работа се крие във високата цена на оборудването и инсталацията. Поради тази проста причина мнозина отказват това решение и избират, да речем, електрически или въглищни котли. Въпреки това не си струва да отхвърляме тази опция по много причини, които определено ще споменем в тази статия. Веднъж монтирани термопомпи стават много икономични, тъй като използват енергията на почвата. Наземната помпа е 3 в 1. Тя съчетава не само отоплителен котел и система за БГВ, но и климатик. Нека разгледаме по-отблизо това оборудване и да разгледаме всички негови силни и слаби страни.
Принцип на действие
За тези, които не разбират напълно темата, струва си да обяснят какво представлява термопомпата въздух-вода. Всъщност това е „обратен хладилник“ - устройство, което охлажда въздуха отвън и загрява водата в резервоара. Тогава тази вода може да се използва за захранване с топла вода или отопление на къщата.
Вътрешно разположение на термопомпа въздух-вода схематично
Термопомпата използва затворен цикъл и консумира само електричество. Ефективността му се измерва като отношение на консумираната електрическа енергия към получената топлинна енергия. Ефективността на термопомпите също се измерва в COP (коефициент на ефективност). COP 2 съответства на ефективност от 200% и означава, че за 1 kW електричество ще даде 2 kW топлина.
Принципът на единицата
Принципът на работа на термопомпата за отопление се основава на използването на потенциалната разлика на топлинната енергия. Ето защо подобно оборудване може да се използва във всякаква среда. Основното е, че температурата му е поне 1 градус по Целзий.
Имаме охлаждаща течност, която се движи през тръбопровода, където всъщност се загрява с 2-5 градуса. След това охлаждащата течност влиза в топлообменника (вътрешна верига), където освобождава събраната енергия. По това време във външната верига има хладилен агент, който има ниска точка на кипене. Съответно се превръща в газ. С навлизането си в компресора газът се компресира, в резултат на което температурата му става още по-висока. След това газът отива в кондензатора, където губи топлината си, отдавайки го на отоплителната система. Хладилният агент става течен и се връща обратно към външната верига.
Предимства и недостатъци на термопомпите
Термопомпите за отопление на дома могат да се управляват от специално монтирани термостати. Помпата се включва автоматично, когато температурата на средата падне под зададената стойност и се изключва, ако температурата надвиши зададената точка. По този начин устройството поддържа постоянна температура в помещението - това е едно от предимствата на устройствата.
Предимствата на устройството са неговата икономичност - помпата консумира малко количество електричество и екологичност, или абсолютна безопасност за околната среда. Основните предимства на устройството:
- Надеждност.Срокът на експлоатация надвишава 15 години, всички части на системата имат висок работен ресурс, енергийните капки не увреждат системата.
- Сигурност. Без сажди, без отработени газове, без открит пламък, без изтичане на газ.
- Комфорт. Работата на помпата е безшумна, уютът и комфортът в къщата помагат за създаването на климатичен контрол и автоматична система, чиято работа зависи от метеорологичните условия.
- Гъвкавост. Устройството е с модерен стилен дизайн и може да се комбинира с всяка отоплителна система в къщата.
- Универсалност. Използва се в частно, гражданско строителство. Тъй като има широк диапазон на мощност. Поради това той може да осигури топлина на помещения от всяка област - от малка къща до вила.
Сложната структура на помпата определя основния й недостатък - високата цена на оборудването и инсталирането му. За да инсталирате устройството, е необходимо да се извършват изкопни работи в големи обеми.
Накратко за видовете термопомпи
Днес са известни няколко популярни дизайна на геотермални помпи. Но във всеки случай принципът им на работа може да се сравни с работата на хладилното оборудване. Ето защо, независимо от вида, помпата може да се използва като климатик през лятото. И така, термопомпите са класифицирани според това къде могат да извличат топлина от:
- От земята;
- От резервоара;
- От въздуха.
Първият тип е най-предпочитан в студените райони. Факт е, че температурата на въздуха често пада до -20 и по-ниска (например Руската федерация), но дълбочината на замръзване на почвата обикновено е незначителна. Що се отнася до резервоарите, те не са навсякъде и не е много препоръчително да се използват. Във всеки случай е по-добре да изберете земна термопомпа за отопление на дома. Разгледахме малко принципа на действие на блока, така че отиваме по-нататък.
Как работи термопомпата с наземен източник? Принцип на действие.
За получаване на топлина от земята е необходим наземен топлообменник. За да направите това, тръбата просто се поставя в земята, образувайки контур, в който циркулира течност - тя е популярно наричана саламура. Цикълът (на практика има няколко) преминава през изпарителя на термопомпата, където температурата на саламурата пада и става по-ниска от температурата на земята. Преминавайки по-нататък по тръбата в земята, саламурата постепенно се загрява. Накрая отново влиза в изпарителя, където отделя топлина.
По този начин, саламурата медиира температурната разлика между почвата и изпарителя на помпата.
Топлообменникът може да бъде хоризонтален или вертикален. Размерът на парцела помага при избора на решение - за производството на хоризонтален топлообменник са необходими няколкостотин квадратни метра, а за вертикални сонди са достатъчни няколко десетки.
Важно е обемът на топлообменника да е голям - за целия отоплителен сезон помпата получава няколко мегаватчаса топлина от земята. Ако е твърде малък, той е изложен на прекомерно охлаждане и в резултат на това помпата не може да работи правилно. Системата за управление на земна термопомпа, като правило, я изключва, когато температурата на саламурата падне до -7 ° C, тъй като под тази стойност ходът на процесите във веригата е прекомерно нарушен.
Термопомпа за земен източник с хоризонтален топлообменник.
В случай на топлообменник, направен от тръби, разположени хоризонтално, оптималната дълбочина е 0,2 - 0,5 m под линията на замръзване. Въпреки това, ако има водоток на относително малка дълбочина, тогава най-доброто решение е да се поставят тръби в него. Тогава термопомпата постига по-висок коефициент на ефективност Kp.
Тръбите на хоризонтален топлообменник се полагат в предварително подготвена яма с размери, съответстващи на необходимата повърхност на топлообменника. Те се водят под формата на намотка (завои) по цялата повърхност на ямата, като се спазват определени интервали между съседните участъци.Интервалите не трябва да са по-малки от 0,4 m и не повече от 1,2 m, като се вземе предвид видът на почвата, от която следва способността й да се „регенерира“ (добавя топлина). Колкото по-дълго е замръзнала повърхността на земята, толкова по-голям трябва да бъде интервалът.
Трябва да се помни, че топлинната мощност на топлообменника не тече от дължината на тръбата, а само от повърхността на земята, върху която е положен. Малките празнини не позволяват да се получава повече топлина от него, поради необходимостта да се използва дълга тръба. Това се изразява в по-високи инвестиционни и експлоатационни разходи, тъй като за изпомпване на саламура през дълга тръба е необходима циркулационна помпа с по-голям капацитет. Поради тази твърде голяма междина между тръбите се случва топлината да не постъпва в предвиденото количество, така че мощността на топлообменника да е по-малка.
Проект за наземен топлообменник.
Проектирането на подходящ размер наземен топлообменник е ключът към правилната работа на термопомпата. За да се изчисли необходимата стойност, се изисква информация за необходимата мощност на термопомпата. Ако това не е в техническите характеристики на устройството, тогава е достатъчно да се знае, че то съответства на топлинната мощност, намалена от мощността на компресора. Ако не знаем какъв капацитет има компресорът, но имаме информация за коефициента на капацитет Kp, тогава мощността на охлаждане се изчислява с достатъчна точност по формулата:
Qcool = (Кп - 1) / Кп • Qtopl.
Необходимо е да се обърне внимание, че заместените стойности се достигат при температура, съответстваща на тази, която цари както в почвата, така и в отоплителната система по време на работа на помпата с пълен капацитет (например 0/35 - температура на саламурата 0 градуса по Целзий, отоплителна система 35 градуса по Целзий).
Изчисляване на повърхността на топлообменника на хоризонтална земна термопомпа.
Силата, с която наземният топлообменник пренася топлината, зависи от вида на почвата, а именно от нейното съдържание на влага. В зависимост от това, за да се изчисли повърхността на хоризонтален топлообменник, се вземат следните стойности на топлинната мощност на почвата qg (за полиетиленови тръби):
- суха пясъчна - 10 W / m2
- пясъчен, мокър - 15-20 W / m2
- глинеста суха - 20-25 W / m2
- глинести, мокри - 25-30 W / m2
- мокър (водоносен хоризонт) - 35-40 W / m2.
Разбира се, това са ориентировъчни стойности.
Трудно е да се прецени дали почвата е еднаква по цялата площ, предназначена за топлообменника, докато не започнат да я изграждат, така че е по-добре да се вземе по-ниска стойност за изчислението. В правилно направена система, компресорът на термопомпата работи от 1800 до 2400 часа годишно, топлинната мощност на почвата води до удължаване на работното време.
Повърхността на топлообменника се изчислява по формулата:
A = Q / qg
Пример: енергийните нужди на дома за отопление са 14 kW и помпата ще ги задоволи изцяло (трябва да работи в моновалентна система). Избраното устройство получава топлинна мощност (отопление) от 14 kW за параметри 0/35, като същевременно постига коефициент на ефективност Kp = 4,5. Следователно охлаждащата мощност е Qcool = (4,5-1) / 4,5 • 14 = 10,9 kW, т.е. 10900 W. Топлообменникът трябва да бъде направен в суха глинеста почва, следователно площта му трябва да бъде A = 10 900/20 = 545 м2. Обръща се внимание на факта, че в случай на водоносна почва топлообменникът може да бъде два пъти по-малък, но ако почвата е песъчлива, тогава нейната площ ще заема повече от 1000 m2. В такава ситуация най-доброто решение е да поставите тръбите вертикално.
Топлообменник на термопомпа с вертикален наземен източник.
Термопомпата постига по-висок коефициент на ефективност Kp, когато тръбите на топлообменника са разположени вертикално в земята - на дълбочина 40-150 m.Това се дължи на факта, че на дълбочина под 10 м, температурата на земята е около 10 градуса по Целзий през цялата година - тоест през зимата е почти десет повече, отколкото на дълбочина 1,5 метра.
Изпълнението на вертикален топлообменник обаче е очевидно по-скъпо от хоризонталното. Това са вертикални секции на тръба, която образува контур (тръбата се спуска през отворите, в долната част се завърта и се изкачва нагоре). Те се наричат геотермални сонди. В този случай те се изчисляват не по площ, а по общата дължина на топлообменника, обикновено състоящ се от повече от една сонда.
Във вертикални кладенци се поставят една или две двойки тръби (U или Y сонда). Поставянето на кладенечната тръба се улеснява от главата, елемент, свързващ щранговете, който може да бъде приспособен да побере допълнителна тръба за пълнене. Главата се натиска в отворите, а заедно с нея и топлообменните тръби. След това течен бетон се излива в кладенеца.
В топлообменник тип Y течността тече надолу към главата в едната тръба и се връща от главата в другата. В двоен топлообменник тип U той тече с две тръби надолу и две нагоре.
Разстоянието между сондажните точки с дълбочина до 50 m не трябва да е по-малко от 5 m, а при по-дълбоките от 8 до 15 метра. Трябва да се намира на линия, перпендикулярна на посоката на водния поток.
Изчисляване на дължината на топлообменника на вертикалната земна термопомпа.
В този случай е важно как свойствата на почвата се променят с дълбочина. Информация може да бъде предоставена от геоложки карти и документация на кладенци, направени преди това в близост. На тази основа е възможно да се оцени дебелината на отделните почвени слоеве и да се изчисли средната стойност на коефициента на топлопроводимост за площта, в която трябва да бъдат поставени тръбите на топлообменника.
Изчисленията обаче не са в състояние да вземат предвид всички движения на подпочвените води и на практика често се случва полученият резултат да се различава значително от реалността. За да сте сигурни, че вертикалният топлообменник ще работи правилно, е необходимо да се извърши проучване на почвата на мястото, където трябва да се извърши сондажът. В този случай производителността на топлината на почвата qg също зависи от вида му.
За PE80 тръби това е:
- суха пясъчна почва - 10-12 W / m;
- пясъчно мокро - 12-16 W / m;
- средно глинеста суха - 16-18 W / m;
- средна глина мокра - 19-21 W / m;
- тежка глинеста суха - 18-19 W / m;
- тежка глина мокра - 20-22 W / m;
- мокър (водоносен хоризонт) - 25-30 W / m.
Необходимо е да се вземе предвид дебелината на отделните слоеве на определен тип почва и на тази основа да се изчисли общото представяне на всяка сонда.
Топлинната мощност на почвата, в която и двата слоя са сухи, като водоносните хоризонти, когато се използват двойни U сонди (четири тръби в кладенеца), е средно около 50 W / m. Ориентировъчно може да се предположи, че в случай на термопомпата на кандидатите, в примера за изчисляване на хоризонтален топлообменник (охлаждаща мощност 10,9 kW) се изискват отвори с обща дължина L = 10 900/50 = 218 m е например четири от 55 метра всеки.
"Подземни води": как най-добре да се постави?
Получаването на топлина от земята се счита за най-подходящото и рационално. Това се дължи на факта, че на дълбочина 5 метра на практика няма температурни колебания. Като топлоносител се използва специална течност. Обикновено се нарича саламура. Той е напълно екологичен.
Що се отнася до метода на поставяне, тоест хоризонтален и вертикален. Първият тип се характеризира с факта, че пластмасовите тръби, представляващи външния контур, се полагат хоризонтално на площада. Това е много проблематично, тъй като полагането трябва да се извършва на площ от 25-50 квадратни метра. При вертикалните кладенци се пробиват вертикални кладенци с дълбочина 50-150 метра.Колкото по-дълбоко са поставени сондите, толкова по-ефективно ще работи геотермалната термопомпа. Вече разгледахме принципа на действие и сега ще говорим за важни подробности.
Термопомпа "Вода-вода": принцип на действие
Също така, не изхвърляйте веднага възможността за използване на кинетичната енергия на водата. Факт е, че на големи дълбочини температурата остава доста висока и варира в малки интервали, ако това изобщо се случи. Можете да използвате няколко начина и да използвате:
- Отворени водни басейни като реки и езера.
- Подземни води (кладенец, кладенец).
- Отпадъчни води от промишлени цикли (водоснабдяване с връщане).
От икономическа и техническа гледна точка най-лесният начин е да се настрои работата на геотермална помпа в открит резервоар. В същото време няма съществени структурни разлики между помпите "почва-вода" и "вода-вода". В последния случай тръбите, потопени в отворен резервоар, са снабдени с товар. Що се отнася до използването на подпочвените води, проектирането и инсталирането са по-сложни. Необходимо е да се отдели отделен кладенец за изтичане на вода.
Принципът на работа на термопомпата въздух-вода
Този тип помпа се счита за една от най-малко ефективните поради различни причини. Първо, през студения сезон температурата на въздушните маси спада значително. В крайна сметка това води до намаляване на мощността на помпата. Може да не е в състояние да се справи с отоплението на голяма къща. На второ място, дизайнът е по-сложен и по-малко надежден. Разходите за монтаж и поддръжка обаче са значително намалени. Това се дължи на факта, че не се нуждаете от резервоар, кладенец и не е нужно да копаете траншеи за тръби във вашата лятна вила.
Системата се поставя на покрива на сградата или на друго подходящо място. Струва си да се отбележи, че този дизайн има един значителен плюс. Състои се във възможността за използване на отработени газове, въздух, който отново напуска помещението. Това може да компенсира недостатъчния капацитет на оборудването през зимата.
Помпи въздух-въздух и други
Подобни инсталации са дори по-рядко срещани от "Въздух-вода" поради редица причини. Както може би се досещате, в нашия случай въздухът се използва като топлоносител, който се загрява от по-топла въздушна маса от околната среда. Има голям брой недостатъци на такава система, вариращи от ниска производителност до висока цена.Термопомпата въздух-въздух, чийто принцип знаете, не е лоша само в топлите райони.
И тук има силни страни. Първо, ниската цена на охлаждащата течност. Шансовете са, че няма да срещнете изтичане на въздушна линия. На второ място, ефективността на такова решение е изключително висока през пролетно-есенния период. През зимата е непрактично да се използва въздушна термопомпа, чийто принцип на действие разгледахме.
Направи си сам въздушна термопомпа: схема на сглобяване
За разлика от доста сложните геотермални и хидротермални системи, термопомпа въздух-вода се предлага за производство дори самостоятелно.
Освен това за производството на въздушна система ни е необходим относително евтин комплект, състоящ се от следните части и възли:
Външен термопомпен блок въздух-вода
- Компресор със сплит система - може да бъде закупен в сервиз или в сервиз
- 100-литров резервоар от неръждаема стомана - може да се извади от всяка стара пералня
- Полимерен контейнер с широко гърло - обикновена кутия или полипропилен ще свърши работа.
- Медни тръби с диаметър на пропускателната способност над 1 милиметър. Ще трябва да ги купите, но това е единствената скъпа покупка в целия проект.
- Комплект спирателни и контролни клапани, който ще включва дренажен кран, клапан за ецване на въздух, предпазен клапан.
- Крепежни елементи - скоби, скоби за тръби, скоби и други.
Освен това ще ни трябва най-евтиният хладилен агент - фреон и поне най-простият блок за управление, без които използването на термопомпи ще бъде много трудно, поради необходимостта от синхронизиране на работата на компресора с температурата на повърхността на изпарител и кондензатор.
Сглобяване на агрегата
Е, самият процес на изграждане е както следва:
- Ние правим намотка от медна тръба, чиито размери трябва да съответстват на напречното сечение и височината на стоманения резервоар.
- Монтираме намотката в резервоара, оставяйки отворите за медни тръби извън него. След това запечатваме резервоара и го оборудваме с входящ (отдолу) и изходящ (горен) фитинг. В резултат се получава първият елемент на системата - кондензаторът - с готови кранове за директна отоплителна тръба (горен фитинг) и връщане (долен фитинг)
- Монтираме компресора на стената (използвайки скобата). Свързваме връзката под налягане на компресора с горния изход на медната тръба.
- Ние правим втора намотка от медна тръба, чиито размери съвпадат с напречното сечение и височината на полимерната кутия.
- Монтираме намотката в кутията, като инсталираме вентилатор на нейния край, който издухва въздух върху намотката. Освен това от кутията трябва да излязат два въпроса. В резултат на това цялата тази конструкция, която е изпарител на системата, е монтирана на фасадата или във вентилационната шахта.
- Свързваме долния изход на резервоара (кондензатора) с долния изход на кутията (изпарителя), като врязваме контролен дросел в този тръбопровод.
- Свързваме горния изход на кутията със смукателната тръба на компресора.
Това е основно това. Системата, базирана на принципа на работа на термопомпата с въздушен източник, е почти завършена. Остава само да се налее хладилен агент в компресора и да се свърже дроселната клапа към блока за управление.
Домашна термопомпа
Проучванията показват, че периодът на изплащане на оборудването директно зависи от отопляемата площ. Ако говорим за къща от 400 квадратни метра, това е приблизително 2-2,5 години. Но за тези, които имат по-малък корпус, е напълно възможно да се използват самоделни помпи. Може да изглежда, че е трудно да се направи такова оборудване, но всъщност донякъде не е така. Достатъчно е да закупите необходимите компоненти и можете да продължите с инсталирането.
Първата стъпка е закупуването на компресор. Можете да вземете този на климатика. Монтирайте го по същия начин на стената на сградата. Освен това е необходим кондензатор. Можете да го изградите сами или да го купите. Ако отидете с първия метод, ще ви е необходима медна намотка с дебелина най-малко 1 мм, тя се поставя в кутията. Това може да бъде резервоар с подходящ размер. След монтажа резервоарът се заварява и се правят необходимите резбови връзки.
Мощност и ефективност
Докато ефективността на геотермалните и водните термопомпи практически не зависи от сезона, при въздушните термопомпи ситуацията е различна. Ефективността директно зависи от външната температура, колкото по-студена е, толкова по-ниска е COP (ефективността).
Много хора вярват, че колко топлина може да произведе зависи от мощността на термопомпата, но това не е така. Той характеризира потреблението на енергия, а количеството генерирана топлина зависи от ефективността. Съответно - от температурата на въздуха извън къщата.
Заключителната част от работата
Във всеки случай на последния етап ще трябва да наемете специалист. Това е знаещ човек, който трябва да запоява медни тръби, да изпомпва фреон и да пуска компресора за първи път. След сглобяването на цялата конструкция тя е свързана с вътрешната отоплителна система. Външната верига е инсталирана последна и нейните характеристики зависят от вида на използваната термопомпа.
Не пренебрегвайте такъв важен момент като подмяна на остарели или повредени окабелявания в къщата. Експертите препоръчват да се монтира метър с капацитет най-малко 40 ампера, което трябва да е напълно достатъчно за работата на термопомпа.Няма да е излишно да се отбележи, че в някои случаи подобно оборудване не оправдава очакванията. Това се дължи по-специално на неточни термодинамични изчисления. За да не се случи, че сте похарчили много пари за отопление, а през зимата е трябвало да инсталирате котел на въглища, свържете се с доверени организации с положителни отзиви.
Безопасност и екологичност преди всичко
Отоплението с помпите, описани в тази статия, е един от най-екологичните методи. Това се дължи главно на намаляването на емисиите на въглероден диоксид в атмосферата, както и на опазването на невъзобновяемите енергийни ресурси. Между другото, в нашия случай се използват възобновяеми ресурси, така че няма нужда да се страхувате, че топлината внезапно ще свърши. Благодарение на използването на вещество, което кипи при ниски температури, стана възможно да се реализира обратният термодинамичен цикъл и с по-малко енергия да се получи достатъчно количество топлина в къщата. Що се отнася до пожарната безопасност, тогава всичко е ясно. Няма възможност за изтичане на газ или мазут, експлозия, няма опасни места за съхранение на запалими материали и много други. В това отношение термопомпите са много добри.
