Tepelné čerpadlá pre vykurovanie domácností: typy a princíp činnosti

Medzi alternatívne možnosti vykurovania patrí rastúca popularita tepelných čerpadiel. Vysoké náklady na vybavenie a inštaláciu takéhoto dizajnu neumožňujú niektorým majiteľom súkromných domov minimalizovať náklady na vykurovanie. Určite by mali zvážiť vytvorenie tepelného čerpadla pre domácich majstrov.

Zariadenie a princíp činnosti

Takmer každé médium, ktoré nás obklopuje, má určité množstvo tepelnej energie za predpokladu, že jeho teplota presiahne 1° C.Prečo nevyužiť časť tejto energie na vykurovanie vášho domova? To sa vykonáva pomocou tepelného čerpadla.

Je založený princíp činnosti tepelného čerpadla na báze prenosu tepla zo zdroja s nízkym potenciálom tepelnej energie na tepelný nosič, ktorý má vyššiu teplotu. V praxi to vyzerá takto:

1. Chladivo vstupuje do potrubia, ktoré sa nachádza napríklad v zemi a zohrieva sa niekoľko stupňov.
2. Potom tepelný nosič vstupuje do výmenníka tepla (alebo do výparníka) a prenáša zhromaždenú tepelnú energiu do vnútorného okruhu.
3. Chladivo (látka s nízkym bodom varu, ktoré je pod nízkym tlakom), ktoré sa nachádza vo vonkajšom okruhu, sa v odparovači zohreje a prevedie na plyn.
4. Potom plynné chladivo vstupuje do kompresora, kde je stlačené pod vysokým tlakom. Zároveň sa teplota chladiva ešte zvýši.
5. Horúci plyn vstupuje do kondenzátora, kde prevádza tepelnú energiu do chladiva systému vnútorného vykurovania domu.
6. Potom sa chladivo, ktoré stratilo teplo, vracia do systému v kvapalnom stave.

Prevádzka chladiacich jednotiek je založená na rovnakom princípe, takže niektoré typy tepelných čerpadiel v lete môžu byť celkom úspešne použité ako klimatizácia, to znamená na chladenie miestnosti.

Tepelné čerpadlo umožňuje vykurovať dom pomocou nízko-potenciálnej tepelnej energie prostredia

Video: zariadenie a prevádzka tepelných jednotiek

Druhy jednotiek

Jasnou predstavou o možnostiach konštrukcie tepelných čerpadiel je ich klasifikácia podľa typu chladiva na vonkajších a vnútorných kontúrach konštrukcie. Zariadenie môže prijímať energiu z:

• pôdy;
• voda (vodný útvar alebo zdroj);
• air.

Prijatá tepelná energia môže byť vo vnútri domu použitá vo vykurovacom systéme, ako aj na ohrev vody alebo na klimatizáciu. Preto existuje niekoľko typov tepelných čerpadiel, v závislosti od kombinácie týchto prvkov a funkcií.

Systém podzemných vôd

Získanie tepla zo zeme sa považuje za jeden z najúčinnejších pre tento typ alternatívne kúreniekeďže už asi päť metrov od povrchu zostáva teplota pôdy pomerne konštantná, je málo náchylná na zmeny poveternostných podmienok.

Geotermálne tepelné čerpadlo používa špeciálne teplo vodivé sondy

Ako chladivo na vonkajšom okruhu sa používa špeciálna kvapalina, ktorá sa zvyčajne nazýva soľanka. Je to zlúčenina šetrná k životnému prostrediu.

Vonkajší obvod tepelného čerpadla zemina-voda je vyrobený z plastových rúrok. Môžete ich umiestniť do zeme horizontálne alebo vertikálne. V prvom prípade bude pravdepodobne potrebné pracovať na veľkej ploche od 25 do 50 metrov štvorcových. m na kilowatt výkonu čerpadla. Plochy vyhradené pre vodorovný kolektor sa nemôžu využívať na poľnohospodárske účely. Tu je prípustné iba rozčlenenie trávnika alebo výsadba jednoročných kvetov.

Na výstavbu zvislého rezervoáru bude potrebných niekoľko vrtov s hĺbkou 50 - 150 metrov. Pretože teplota pôdy v tejto hĺbke je vyššia a stabilnejšia, takéto geotermálne tepelné čerpadlo sa považuje za efektívnejšie. V tomto prípade sa na prenos tepla používajú špeciálne hĺbkové sondy.

Čerpadlo voda-voda

Teplo môže byť rovnako účinnou voľbou. čerpadlo vodnej vody, pretože vo veľkých hĺbkach zostáva teplota vody pomerne vysoká a konštantná. Ako zdroj nízkej potenciálnej tepelnej energie možno použiť:

• otvorené nádrže (jazerá, rieky);
• podzemná voda (studne, studne);
• odpadová voda z priemyselných technologických cyklov (spätné zásobovanie vodou).

V konštrukcii tepelných čerpadiel zemina-voda alebo voda-voda nie sú žiadne zásadné rozdiely. Najnižšia cena bude vyžadovať výstavbu tepelného čerpadla, ktoré využíva energiu otvoreného rezervoáru: potrubia s chladivom musia byť dodávané s nákladom a ponorené do vody. Využitie potenciálu podzemnej vody si bude vyžadovať komplexnejší návrh. Na vypustenie vody, ktorá prechádza výmenníkom tepla, môže byť potrebná ďalšia nádrž.

Použitie tepelného čerpadla voda-voda v otvorenom rybníku môže byť veľmi prospešné.

Univerzálna možnosť „vzduch-voda“

Podľa efektívnosti tepelné čerpadlo vzduchová voda horšie ako ostatné modely, pretože v chladnom období je výrazne znížená jeho sila. Jeho inštalácia si však nevyžaduje zložité práce na výkopoch alebo stavbe hlbinných vrtov. Je potrebné vybrať a nainštalovať vhodné vybavenie, napríklad priamo na strechu domu.

Tepelné čerpadlo vzduch-voda môže byť inštalované bez rozsiahlych inštalačných prác

Nepochybnou výhodou tohto návrhu je možnosť opätovného použitia tepla, ktoré opúšťa priestory vyhrievané tepelným čerpadlom s odpadovým vzduchom alebo vodou, ako aj dym, plyn atď. Aby sa kompenzovala nedostatočná energia vzduchového tepelného čerpadla v zime, mali by sa zvážiť alternatívne možnosti vykurovania.

Najlacnejšou možnosťou môže byť tepelné čerpadlo vzduch-vzduch, ktorého konštrukcia si nevyžaduje zložité práce na vytvorenie tradičného systému vodného ohrevu vody.

Prečítajte si viac o tomto type tepelného čerpadla v našom článku:https://aquatech.tomathouse.com/sk/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-vozdux-vozdux.html.

Výhody a nevýhody systému

Inštalácia tepelného čerpadla doma a jeho zahrnutie do vykurovacieho systému alebo vytvorenie plnohodnotnej vykurovacej stanice vyrieši množstvo problémov s lisovaním a má tieto výhody:

• je to autonómny vykurovací systém, ktorého jediným centralizovaným prvkom je pripojenie k rozvodnej sieti;
• táto metóda môže výrazne ušetriť drahé energetické nosiče, ktoré sa tradične používajú na vykurovanie a významne znižujú náklady na energie.Priemerný koeficient premeny tepla je 3,5 - 4,5. Od 1 kW elektriny vyrába čerpadlo 3 až 7 kW tepla. Jedná sa o najvyššie sadzby zo všetkých druhov kotlov na akékoľvek palivo;
• systém je bezpečný pre ľudské zdravie a pre životné prostredie. Pomáha šetriť neobnoviteľné zdroje energie planéty;
• požiarna bezpečnosť a nehorľavosť častí. Tento kotol sa neprehrieva, nevybuchuje, nespáli, nevypúšťa oxid uhoľnatý;
• jedno čerpadlo môže produkovať teplo aj chlad, poskytuje potrebnú mikroklímu v dome, ako aj ohrieva vodu pre domáce potreby;
• trvanlivosť - podľa skúseností obyvateľov Európy je životnosť zariadenia 20 - 50 rokov;
• pohodlie a tichá prevádzka. Systém je riadený automatizáciou;
• inštalácia čerpadla nevyžaduje schválenia, ktoré sú potrebné počas inštalácie napríklad plynového zariadenia.

V Nórsku a Švédsku je 95% všetkých domácností vykurovaných tepelnými čerpadlami.

Výhody takého systému sú omnoho väčšie ako nevýhody

Medzi nevýhody patrí:

• relatívne vysoké náklady na inštaláciu a samotné čerpadlo, návratnosť takéhoto systému závisí od intenzity jeho činnosti;
• potreba prilákať odborníkov a používať špeciálne vŕtacie a iné vybavenie na vybavenie geotermálneho čerpadla vertikálnym okruhom, ktorého hĺbka môže dosiahnuť 200 m.

Ako si sami vyrobíte tepelné čerpadlo

Použitie tepelných čerpadiel na vykurovanie vášho domu je ziskové a pohodlné. Skúsenosti ukazujú, že v súkromných domoch s obytnou plochou viac ako 400 metrov štvorcových. m taký dizajn sa vyplatí v priebehu niekoľkých rokov prevádzky, napriek vysokým nákladom. Majitelia domov s menšou veľkosťou úspešne vyvíjajú a inštalujú tepelné čerpadlá podľa vlastného návrhu. Tu je niekoľko pokynov na vytvorenie týchto užitočných zariadení:

• Najprv sa musíte postarať o kúpu kompresora, napríklad určeného na klimatizáciu. Zvyčajne je pripevnený k stene.
• ďalšiu dôležitú časť návrhu - kondenzátor - je možné vykonať nezávisle. K tomu je potrebné vytvoriť cievku z medenej rúrky (s hrúbkou najmenej 1 mm), ktorá je umiestnená v kovovom alebo plastovom obale. Nádoba vhodnej veľkosti je vhodná ako kryt. Po namontovaní cievky sa polovice nádrže zvárajú a namontujú sa potrebné závitové spoje. Výparník je tiež zvyčajne namontovaný na stene. Ak chcete vytvoriť vysoko kvalitnú cievku, môžete medenú vodovodnú rúrku ovinúť okolo predmetu vhodného priemeru, celkom vhodná je plynová fľaša. Aby ste sa uistili, že vzdialenosť medzi zákrutami je rovnaká, použite perforovaný hliníkový roh, na ktorom sú pripevnené cievky cievky.
• konečná inštalácia tohto zariadenia: spájkovanie medenej rúrky, vstrekovanie freónu atď. - by mal vykonávať iba kvalifikovaný odborník. Neoprávnené činnosti môžu zariadenie poškodiť, navyše sú spojené s vysokou pravdepodobnosťou zranenia osôb.
• potom je projekt napojený na vnútorný vykurovací systém domu.
• potom je nainštalovaný a zapojený externý obvod, vlastnosti tohto procesu závisia od typu tepelného čerpadla.

Pred spustením tepelného čerpadla to nebude bolieť na diagnostiku stavu elektrického zapojenia a merača. Staré a zastarané vybavenie sa musí vymeniť. Prijateľný merač spotreby je najmenej 40 ampérov.

Bohužiaľ, nie každé tepelné čerpadlo na vykurovanie domácností spĺňa očakávania majiteľov. Najčastejšie je to kvôli chýbajúcim správnym termodynamickým výpočtom. Výsledkom je systém s nedostatočným výkonom alebo náklady na nadmerne výkonné zariadenia neprimerane stúpajú. Pri výbere systému s vhodnou kapacitou je potrebné zohľadniť tepelné straty budovy, ako aj mnohé ďalšie vlastnosti. Takéto výpočty by mali byť zverené projektantovi.

Nákladová efektívnosť a realizovateľnosť používania tepelných čerpadiel

Za účelom dosiahnutia významných úspor v rozpočte na vykurovanie po mnoho rokov je potrebné minúť značné finančné prostriedky vo fáze projektovania a inštalácie. Návratnosť tohto vykurovacieho systému je časovo oneskorená, závisí to od prevádzkových podmienok.

Energia získaná z prostredia nevyžaduje platbu a nekončí tam.

Ak sú podlaha a steny v dome správne izolované, tepelné čerpadlo bude pracovať čo najúčinnejšie. Tepelná strata by nemala prekročiť 100 wattov na 1 štvorcový. meter.

Nasleduje porovnanie nákladov na vykurovanie pri použití rôznych zdrojov energie.

Aby ste ušetrili na vykurovaní, musíte vynaložiť značné množstvo na inštaláciu tepelného čerpadla

Je veľmi výhodné zahrnúť čerpadlo do systému podlahového vykurovania alebo stien, kde je prevádzková teplota približne 40 stupňov. Ukazovateľ úspor možno považovať za absenciu prehriatia vykurovacieho okruhu a zamrznutia chladiacej kvapaliny pri vypnutom čerpadle, čo zvyšuje spoľahlivosť systému a znižuje riziko nehody a frekvenciu preventívnych a opravných prác.

Náklady na inštaláciu takéhoto systému závisia od niekoľkých faktorov:

• plocha vykurovaných priestorov domu;
• rôznorodosť konštrukcie čerpadla;
• vykurovacie systémy a potrubia uložené v dome;
• ukazovatele tepelných strát.

Pre malý dom 130 metrov štvorcových. m pri inštalácii čerpadla s prívodom tepla do pôdy budú náklady na zariadenie 450 000 p. a inštalácia pritiahne 300 000 p.

Čerpadlo vzduch-voda bude stáť 300 00 r., Inštalácia bude 80 000 r. Toto je najvýhodnejšia možnosť.

Náklady na inštaláciu začínajú od 450 tisíc rubľov.

Maximálne náklady sa budú vyžadovať pri hlbokom vŕtaní s nízkym bodom mrazu a pre veľkú plochu domu, napríklad 400 metrov štvorcových. m. Zariadenie bude stáť 800 000 s. a inštalácia - 360 000 s. Náklady zahŕňajú všetky projektové a výkopové práce, zemné práce a všetky prvky čerpadla a vykurovacieho systému.

Materiál aktualizovaný 03.03.2018