Här får du reda på:
- Hur luft-till-vatten-värmepumpar fungerar
- Specificitet för applikation och arbete
- För- och nackdelar med luftvärmepumpar
- Topp 5 fördelar för växtägare
- Hur man väljer en luft-till-vatten-värmepump
- Algoritm för montering av en hemlagad enhet
- Funktioner för underhåll av enheten
En luft-till-vatten-värmepump används för uppvärmning av hushålls- och industrilokaler i södra regionerna och centrala Ryssland. Du kan köpa en sådan enhet eller göra den själv, till exempel från en luftkonditionering.
Vad behöver du veta?
Du kan säga att eftersom värmepumpar är så effektiva, varför används de så dåligt. Hela poängen ligger i de höga kostnaderna för utrustning och installation. Det är av denna enkla anledning som många vägrar denna lösning och väljer, säg, elektriska eller koleldade pannor. Ändå är det inte värt att kasta bort det här alternativet av många anledningar, vilket vi definitivt kommer att nämna i den här artikeln. Värmepumpar, när de väl är installerade, blir mycket ekonomiska eftersom de använder markens energi. Markkällspumpen är en 3 i 1. Den kombinerar inte bara en värmepanna och ett varmvattensystem utan också en luftkonditionering. Låt oss titta närmare på denna utrustning och överväga alla dess styrkor och svagheter.
Funktionsprincip
För dem som inte förstår ämnet är det värt att förklara vad en luft-till-vatten-värmepump är. I själva verket är det ett ”omvänd kylskåp” - en enhet som kyler luften ute och värmer vattnet i tanken. Då kan detta vatten användas för varmvattenförsörjning eller uppvärmning av huset.
Internt arrangemang av en luft-till-vatten-värmepump schematiskt
Värmepumpen använder en sluten cykel och förbrukar bara el. Dess effektivitet mäts som förhållandet mellan förbrukad elektrisk energi och mottagen termisk energi. Värmepumparnas effektivitet mäts också i COP (Coefficient of performance). COP 2 motsvarar en verkningsgrad på 200% och innebär att för 1 kW el ger den 2 kW värme.
Enhetens princip
Principen för drift av en värmepump för uppvärmning baseras på användningen av den potentiella skillnaden i termisk energi. Det är därför sådan utrustning kan användas i alla miljöer. Det viktigaste är att temperaturen är minst 1 grad Celsius.
Vi har ett kylvätska som rör sig genom rörledningen, där det faktiskt värms upp med 2-5 grader. Därefter kommer kylvätskan in i värmeväxlaren (intern krets), där den släpper ut den uppsamlade energin. Vid den här tiden finns det ett köldmedium i den externa kretsen, som har låg kokpunkt. Följaktligen förvandlas det till gas. När den kommer in i kompressorn komprimeras gasen, vilket gör att dess temperatur blir ännu högre. Sedan går gasen till kondensorn, där den tappar värmen och ger den till värmesystemet. Köldmediet blir flytande och flyter tillbaka till den externa kretsen.
För- och nackdelar med värmepumpar
Värmepumpar för hemuppvärmning kan styras av speciellt installerade termostater. Pumpen slås automatiskt på när medietemperaturen sjunker under det inställda värdet och stängs av om temperaturen överstiger börvärdet. Således håller enheten en konstant temperatur i rummet - detta är en av fördelarna med enheterna.
Enhetens fördelar är dess ekonomi - pumpen förbrukar en liten mängd elektricitet och miljövänlighet eller absolut säkerhet för miljön. De viktigaste fördelarna med enheten:
- Pålitlighet.Livslängden överstiger 15 år, alla delar av systemet har en hög fungerande resurs, energidroppar skadar inte systemet.
- Säkerhet. Inget sot, inget avgas, ingen öppen eld, inget gasläckage.
- Bekvämlighet. Pumpens drift är tyst, mysighet och komfort i huset hjälper till att skapa klimatkontroll och ett automatiskt system, vars funktion beror på väderförhållandena.
- Flexibilitet. Enheten har en modern, elegant design och kan kombineras med alla värmesystem i huset.
- Mångsidighet. Den används i privat, privat byggande. Eftersom den har ett brett effektområde. På grund av detta kan det ge värme till rum i alla områden - från ett litet hus till en stuga.
Pumpens komplexa struktur avgör dess största nackdel - de höga kostnaderna för utrustningen och dess installation. För att installera enheten är det nödvändigt att utföra grävningsarbeten i stora volymer.
Kort om vilka typer av värmepumpar
Flera populära geotermiska pumpdesigner är kända idag. Men under alla omständigheter kan deras driftsprincip jämföras med kylutrustningens arbete. Det är därför, oavsett typ, kan pumpen användas som luftkonditionering på sommaren. Så klassificeras värmepumpar efter var de kan extrahera värme från:
- Från marken;
- Från reservoaren;
- Ur tomma luften.
Den första typen är mest föredragen i kalla områden. Faktum är att lufttemperaturen ofta sjunker till -20 och lägre (till exempel Ryska federationen), men djupet av jordfrysning är vanligtvis obetydlig. När det gäller reservoarer finns de inte överallt, och det är inte särskilt tillrådligt att använda dem. I vilket fall som helst är det bättre att välja en markvärmepump för uppvärmning av hemmet. Vi granskade enhetens driftsprincip lite, så vi går längre.
Hur fungerar en markvärmepump? Funktionsprincip.
För att få värme från marken behövs en markvärmeväxlare. För att göra detta placeras ett rör helt enkelt i marken och bildar en slinga där vätska cirkulerar - det kallas populärt saltlösning. Slingan (i praktiken finns det flera) passerar genom förångaren på värmepumpen, där temperaturen på saltlaken sjunker och blir lägre än markens temperatur. Passerar längre längs röret i marken, värms saltlösningen gradvis upp. I slutet kommer den igen in i förångaren, där den avger värme.
Således förmedlar saltlösningen temperaturskillnaden mellan marken och pumpindunstaren.
Värmeväxlaren kan vara horisontell eller vertikal. Tomtens storlek hjälper till att välja en lösning - flera hundra kvadratmeter krävs för tillverkning av en horisontell värmeväxlare, och flera dussin räcker för vertikala sonder.
Det är viktigt att värmeväxlarens volym är stor - under hela värmesäsongen får pumpen flera megawattimmar värme från marken. Om den är för liten utsätts den för överdriven kylning och som ett resultat kan pumpen inte fungera ordentligt. Kontrollsystemet för en markvärmepump stänger som regel av det när saltlådans temperatur sjunker till -7 ° C, för under detta värde störs processen i kretsen för mycket.
Markvärmepump med horisontell värmeväxlare.
När det gäller en värmeväxlare gjord av horisontellt placerade rör är det optimala djupet 0,2 - 0,5 m under fryslinjen. Men om det finns ett vattendrag på ett relativt grunt djup, är den bästa lösningen att placera rör i den. Då uppnår värmepumpen en högre effektivitetsfaktor Kp.
Rör av en horisontell värmeväxlare läggs i en förberedd grop med mått som motsvarar den önskade ytan på värmeväxlaren. De leds i form av en spole (böjer) över hela ytan av gropen och observerar vissa intervall mellan angränsande sektioner.Intervallen bör inte vara mindre än 0,4 m och inte mer än 1,2 m, med hänsyn tagen till den typ av jord, från vilken dess förmåga att "regenerera" (tillsätta värme) följer. Ju längre markytan är fryst, desto större bör intervallet vara.
Man måste komma ihåg att värmeväxlarens värmeeffekt inte strömmar från rörets längd, bara från ytan på marken där den läggs. Små luckor tillåter inte mer värme från det på grund av behovet av att använda ett långt rör. Detta innebär en högre investering och driftskostnad, för att pumpa saltlake genom ett långt rör krävs en cirkulationspump med högre kapacitet. På grund av detta för stora mellanrum mellan rören händer det att värmen inte kommer in i den avsedda mängden, så att värmeväxlarens effekt blir mindre.
Markvärmeväxlarprojekt.
Att utforma en markvärmeväxlare av lämplig storlek är nyckeln till att en värmepump ska fungera korrekt. För att beräkna önskat värde krävs information om värmepumpens effekt. Om det inte ligger i enhetens tekniska egenskaper är det tillräckligt att veta att det motsvarar den termiska effekten som reduceras av kompressorns effekt. Om vi inte vet vilken kapacitet kompressorn har, men vi har information om kapacitetsfaktorn Kp, sedan beräknas kylkraften med tillräcklig noggrannhet med formeln:
Qcool = (Кп - 1) / Кп • Qtopl.
Det är nödvändigt att vara uppmärksam på att de substituerade värdena uppnås vid en temperatur som motsvarar den som regerar både i jorden och i värmesystemet under drift av pumpen med full kapacitet (till exempel 0/35 - saltlösningstemperatur 0 grader Celsius, värmesystem 35 grader Celsius).
Beräkning av ytan på värmeväxlaren på en horisontell markvärmepump.
Styrkan som en markvärmeväxlare överför värme beror på typen av jord, nämligen dess fuktinnehåll. Beroende på detta, för att beräkna ytan på den horisontella värmeväxlaren, tas följande värden av jordens termiska effekt qg (för polyetenrör):
- sandtorr - 10 W / m2
- sandig, våt - 15-20 W / m2
- lerig torr - 20-25 W / m2
- lerig, våt - 25-30 W / m2
- våt (akvifer) - 35-40 W / m2.
Naturligtvis är dessa vägledande värden.
Det är svårt att bedöma om jorden är densamma över hela det område som är avsett för värmeväxlaren tills de börjar bygga den, så det är bättre att ta ett lägre värde för beräkningen. I ett ordentligt tillverkat system går värmepumpens kompressor från 1800 till 2400 timmar per år, jordens värmeeffekt leder till en förlängning av arbetstiden.
Värmeväxlarens yta beräknas med formeln:
A = Q / qg
Exempel: hemmets energibehov för uppvärmning är 14 kW och pumpen kommer att tillfredsställa dem helt (måste fungera i ett monovalent system). Den valda enheten får en termisk effekt (uppvärmning) på 14 kW för parametrarna 0/35, samtidigt som en effektivitetskoefficient Kp = 4,5 uppnås. Kylkraften är därför Qcool = (4,5-1) / 4,5 • 14 = 10,9 kW, det vill säga 10900 W. Värmeväxlaren måste tillverkas i torr lerjord, därför måste dess yta vara A = 10 900/20 = 545 m2. Uppmärksamhet uppmärksammas på att värmeväxlaren kan vara två gånger mindre i fallet med vattenlevande jord, men om jorden är sandig kommer dess yta att uppta mer än 1000 m2. I en sådan situation är den bästa lösningen att placera rören vertikalt.
Värmeväxlare för en vertikal markvärmepump.
Värmepumpen uppnår en högre effektivitetsfaktor Kp när värmeväxlarrören placeras vertikalt i marken - på ett djup av 40-150 m.Detta beror på att marktemperaturen på ett djup under 10 m är cirka 10 grader Celsius året runt - det vill säga på vintern är det nästan tio mer än på 1,5 meters djup.
Utförandet av en vertikal värmeväxlare är dock klart dyrare än en horisontell. Dessa är vertikala sektioner av ett rör som bildar en slinga (röret går ner genom hålen, längst ner vänder det och går upp). De kallas geotermiska sonder. I det här fallet beräknas de inte efter yta, utan av värmeväxlarens totala längd, som vanligtvis består av mer än en sond.
I vertikala brunnar placeras ett eller två par rör (U- eller Y-sond). Införingen av borrhålsröret underlättas av huvudet, ett element som förbinder stigarna som kan anpassas för att rymma ett ytterligare påfyllningsrör. Huvudet skjuts in i hålen och därmed rör värmeväxlaren. Därefter hälls flytande betong i brunnen.
I en värmeväxlare av Y-typ flyter vätska ner till huvudet i det ena röret och återgår från huvudet i det andra. I en dubbel U-typ värmeväxlare flyter den med två rör ner och två upp.
Avståndet mellan borrpunkter upp till 50 m djup bör inte vara mindre än 5 m, och när det gäller djupare från 8 till 15 meter. Måste placeras på en linje vinkelrätt mot vattenflödets riktning.
Beräkning av längden på värmeväxlaren för den vertikala markvärmepumpen.
I detta fall är det viktigt hur markens egenskaper förändras med djupet. Information kan tillhandahållas med geologiska kartor och dokumentation av brunnar som tidigare gjorts i närheten. På grundval av detta är det möjligt att uppskatta tjockleken på de enskilda jordskikten och beräkna medelvärdet av värmekonduktivitetskoefficienten för det område där värmeväxlarrören ska placeras.
Beräkningar kan dock inte ta hänsyn till alla rörelser av grundvatten och i praktiken händer det ofta att det erhållna resultatet är väsentligt annorlunda än verkligheten. För att vara säker på att den vertikala värmeväxlaren fungerar ordentligt är det nödvändigt att genomföra en kartläggning av jorden på den plats där borrningen ska utföras. I detta fall är produktiviteten för jordens värme qg beror också på dess typ.
För PE80-rör är det:
- torr sandjord - 10-12 W / m;
- sandvåt - 12-16 W / m;
- medium lera torr - 16-18 W / m;
- medium lera våt - 19-21 W / m;
- tung lera-torr - 18-19 W / m;
- tung lera våt - 20-22 W / m;
- våt (akvifer) - 25-30 W / m.
Det är nödvändigt att ta hänsyn till tjockleken på enskilda lager av en viss typ av jord och på grundval av detta beräkna den totala prestandan för varje sond.
Jordens värmeeffekt, där båda skikten är torra, som vattendragen, vid användning av dubbla U-sonder (fyra rör i brunnen) är i genomsnitt cirka 50 W / m. Det kan preliminärt antas att när det gäller de sökandes värmepump, i exemplet att beräkna en horisontell värmeväxlare (kylkapacitet 10,9 kW), krävs hål med en total längd L = 10 900/50 = 218 m, att är till exempel fyra av 55 meter vardera.
"Grundvatten": hur är det bäst att placera det?
Att få värme från marken anses vara det mest lämpliga och rationella. Detta beror på att det praktiskt taget inte finns några temperaturfluktuationer på ett djup av 5 meter. En speciell vätska används som värmebärare. Det kallas vanligtvis saltlake. Det är helt miljövänligt.
När det gäller placeringsmetoden, det vill säga horisontellt och vertikalt. Den första typen kännetecknas av det faktum att plaströr, som representerar den yttre konturen, läggs horisontellt på torget. Detta är mycket problematiskt, eftersom läggningsarbetet måste utföras på ett område på 25-50 kvadratmeter. När det gäller vertikala brunnar borras vertikala brunnar med ett djup av 50-150 meter.Ju djupare sonderna placeras, desto effektivare fungerar den geotermiska värmepumpen. Vi har redan övervägt driftsprincipen och nu kommer vi att prata om viktiga detaljer.
Värmepump "Vatten-till-vatten": driftsprincip
Kasta inte omedelbart möjligheten att använda kinetisk energi hos vatten. Faktum är att på stora djup förblir temperaturen ganska hög och varierar i små intervall, om detta alls händer. Du kan gå flera sätt och använda:
- Öppna vattendrag som floder och sjöar.
- Grundvatten (tja, tja).
- Avloppsvatten från industriella cykler (returvattenförsörjning).
Ur ekonomisk och teknisk synvinkel är det enklaste sättet att sätta upp en geotermisk pump i en öppen behållare. Samtidigt finns det inga signifikanta strukturella skillnader mellan pumparna "jordvatten" och "vattenvatten". I det senare fallet levereras rör nedsänkta i en öppen behållare med en belastning. När det gäller användningen av grundvatten är utformningen och installationen mer komplex. Det är nödvändigt att tilldela en separat brunn för vattenutsläpp.
Principen för drift av luft-till-vatten-värmepumpen
Denna typ av pump anses vara en av de minst effektiva av olika skäl. Först, under den kalla årstiden, sjunker luftmassans temperatur avsevärt. I slutändan leder detta till en minskning av pumpens effekt. Det kanske inte klarar uppvärmningen av ett stort hus. För det andra är designen mer komplex och mindre tillförlitlig. Installations- och underhållskostnaderna minskar dock avsevärt. Detta beror på att du inte behöver en behållare, en brunn och att du inte behöver gräva diken för rör vid din sommarstuga.
Systemet placeras på taket på byggnaden eller på en annan lämplig plats. Det är värt att notera att denna design har ett betydande plus. Det består i möjligheten att använda avgaser, luft som lämnar rummet igen. Detta kan kompensera för utrustningens otillräckliga kapacitet på vintern.
Luft-till-luft-pumpar och mer
Sådana installationer är ännu mindre vanliga än "Air-Water" av ett antal skäl. Som du kanske har gissat används i vårt fall luft som värmebärare som värms upp från en varmare luftmassa från omgivningen. Det finns ett stort antal nackdelar med ett sådant system, allt från låg produktivitet till höga kostnader. En luft-till-luft-värmepump, vars princip du känner till, är inte dålig bara i varma områden.
Det finns också styrkor här. För det första den låga kostnaden för kylvätskan. Chansen är stor att du inte kommer att stöta på ett luftledningsläckage. För det andra är effektiviteten hos en sådan lösning extremt hög under vår-höstperioden. På vintern är det opraktiskt att använda en luftvärmepump, vars driftsprincip vi har övervägt.
DIY luftvärmepump: monteringsschema
Till skillnad från de ganska komplexa geotermiska och hydrotermiska systemen finns en luft-till-vatten-värmepump tillgänglig för tillverkning även ensam.
Dessutom, för tillverkning av ett luftsystem behöver vi en relativt billig uppsättning, bestående av följande delar och enheter:
Extern luft-till-vatten-värmepumpsenhet
- Delad systemkompressor - den kan köpas i ett servicecenter eller i en verkstad
- 100 liters tank i rostfritt stål - kan tas bort från vilken gammal tvättmaskin som helst
- En polymer behållare med bred mun - en vanlig burk eller polypropen kommer att göra.
- Kopparrör med en genomströmningsdiameter på mer än 1 millimeter. Du måste köpa dem, men det här är det enda dyra köpet i hela projektet.
- En uppsättning avstängnings- och reglerventiler, som inkluderar en dräneringskran, en luftetsningsventil, en säkerhetsventil.
- Fästelement - fästen, rörklämmor, klämmor och andra.
Dessutom behöver vi det billigaste köldmediet - freon och åtminstone den enklaste styrenheten, utan vilken användningen av värmepumpar kommer att vara mycket svår, på grund av behovet av att synkronisera kompressorns funktion med temperaturen på ytan av förångare och kondensor.
Montering av enheten
Tja, själva byggprocessen är som följer:
- Vi tillverkar en spole av ett kopparrör vars dimensioner måste motsvara ståltankens tvärsnitt och höjd.
- Vi monterar spolen i tanken och lämnar kopparrörets utlopp utanför den. Därefter förseglar vi tanken och utrustar den med ett inlopp (botten) och utlopp (överst). Som ett resultat erhålls det första elementet i systemet - kondensorn - med färdiga kranar för direktvärmningsröret (övre beslaget) och retur (nedre beslaget)
- Vi monterar kompressorn på väggen (med fästet). Vi ansluter kompressorns tryckanslutning till kopparrörets övre utlopp.
- Vi tillverkar en andra spole av ett kopparrör vars dimensioner sammanfaller med tvärsnittet och höjden på polymerburken.
- Vi monterar spolen i burken och installerar en fläkt i änden som blåser luft på spolen. Dessutom bör två frågor komma ur burken. Som ett resultat är hela denna konstruktion, som är systemets förångare, monterad på fasaden eller i ventilationsaxeln.
- Vi ansluter det nedre utloppet på tanken (kondensorn) med det nedre utloppet på burken (förångaren) genom att skära en styrdrossel i denna rörledning.
- Vi ansluter burkens övre utlopp med kompressorns sugrör.
Det är i princip det. Systemet baserat på principen för drift av en luftvärmepump är nästan komplett. Det återstår bara att hälla köldmedium i kompressorn och ansluta gasreglaget till styrenheten.
Hemlagad värmepump
Studier har visat att återbetalningstiden för utrustningen beror direkt på det uppvärmda området. Om vi talar om ett hus på 400 kvadratmeter är det ungefär 2-2,5 år. Men för dem som har ett mindre hus är det fullt möjligt att använda hemmagjorda pumpar. Det kan tyckas att det är svårt att tillverka sådan utrustning, men i själva verket är det inte så. Det räcker att köpa nödvändiga komponenter, och du kan fortsätta med installationen.
Det första steget är att köpa en kompressor. Du kan ta den på luftkonditioneringen. Montera den på samma sätt på byggnadens vägg. Dessutom behövs en kondensator. Du kan bygga den själv eller köpa den. Om du går med den första metoden behöver du en kopparspole med en tjocklek på minst 1 mm, den är placerad i fodralet. Det kan vara en tank av lämplig storlek. Efter installationen svetsas tanken och de nödvändiga gänganslutningarna görs.
Kraft och effektivitet
Om effektiviteten hos geotermiska och vattenvärmepumpar praktiskt taget inte beror på säsong är situationen annorlunda med luftvärmepumpar. Prestanda beror direkt på utomhustemperaturen, ju kallare den är, desto lägre COP (effektivitet).
Många tror att värmepumpens kraft bestämmer hur mycket värme den kan generera, men så är inte fallet. Den kännetecknar energiförbrukningen och mängden värme som genereras beror på effektiviteten. Följaktligen - från lufttemperaturen utanför huset.
Sista delen av arbetet
Under alla omständigheter måste du anställa en specialist. Det är en kunnig person som måste lödda kopparrör, pumpa freon och även starta kompressorn för första gången. Efter att ha monterat hela strukturen är den ansluten till det interna värmesystemet. Utomhuskretsen installeras sist och dess funktioner beror på vilken typ av värmepump som används.
Se inte över en så viktig punkt som att byta ut föråldrade eller skadade ledningar i huset. Experter rekommenderar att du installerar en mätare med en kapacitet på minst 40 ampere, vilket borde vara tillräckligt för drift av en värmepump.Det kommer inte vara överflödigt att notera att sådan utrustning i vissa fall inte lever upp till förväntningarna. Detta beror särskilt på felaktiga termodynamiska beräkningar. Så att det inte händer att du spenderade mycket pengar på uppvärmning och på vintern var du tvungen att installera en kolpanna, kontakta betrodda organisationer med positiva recensioner.
Framför allt säkerhet och miljövänlighet
Uppvärmning med pumparna som beskrivs i den här artikeln är en av de mest miljövänliga metoderna. Detta beror främst på minskningen av koldioxidutsläpp till atmosfären, samt bevarande av icke förnybara energikällor. Förresten, i vårt fall används förnybara resurser, så det finns ingen anledning att vara rädd för att värmen plötsligt ska ta slut. Tack vare användningen av ett ämne som kokar vid låga temperaturer blev det möjligt att förverkliga den omvända termodynamiska cykeln och med mindre energi få in tillräcklig mängd värme in i huset. När det gäller brandsäkerhet är allt klart. Det finns ingen risk för gas- eller eldningsoljeläckage, explosion, inga farliga platser för lagring av brandfarliga material och mycket mer. I detta avseende är värmepumpar mycket bra.
