Wärmepumpe zum Selbermachen: Kreislaufeigenschaften, Effizienz und Amortisationszeit

Eine Wärmepumpe (WP) ist eine innovative, effiziente, ökologische und kostengünstige Lösung zur Erzeugung von Wärme für die Warmwasserbereitung (Warmwasser) und Heizung. Das Funktionsprinzip ist einfach. Das Gerät entnimmt der natürlichen Umgebung (Luft, Erde, Wasser) Wärme und führt sie der Heizungsanlage (OS) und der Warmwasserversorgung zu.

Der innere Wärmeträger (Ammoniak oder anderes Kältemittel) entzieht der Umgebung Energie und transportiert sie zum Verdampfer. In ihm Kältemittel wird von flüssig in gasförmig umgewandelt durch Verdunstung. In der nächsten Stufe nimmt das Volumen des gasförmigen Wärmeträgers ab und damit steigt seine Temperatur.

Das heiße Kühlmittel zirkuliert im Kondensator, dessen Wärmeabgabe in das Heizsystem des Hauses gelangt. Das Expansionsventil kühlt das Kältemittel zurück und startet einen neuen Wärmekreislauf, wodurch ein äußerst effizientes Heizsystem entsteht.

Anschlussdiagramme und Wirkungsgrad der Wärmequelle

Der Wirkungsgrad einer solchen Pumpe wird durch den Vergleich der vom Gerät erzeugten Energiemenge mit der für den Eigenbedarf verbrauchten Strommenge bestimmt. Das hängt in erster Linie von der Außentemperatur ab. Im Heizmodus Systemleistung sinktwenn die Außentemperatur sinkt. In kalten Klimazonen bei niedrigstmöglichen Temperaturen erfordert ein solches System eine zusätzliche Reserveheizung, wenn es allein kann nicht genug Wärme liefern, um die hygienische Temperatur der Luft in der Luft aufrechtzuerhalten das Zimmer.

Es gibt verschiedene Wärmequellen für Heizungsanlagen:

• Luft;
• Die Erde;
• Grundwasser.

Einfache Berechnungen zeigen, dass wenn ein hocheffizienter Erdgaskessel mit Wirkungsgrad von 93%, TS "Luft-Luft" - um 180% und TS "Grundwasser" können Wirkungsgrade bis zu. erreichen 400%.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Wasser-Wasser-Pumpen wandeln die aus natürlichen Wasserquellen gewonnene Energie für den hausinternen Heizkreislauf um. Hydrothermale Systeme nutzen Grundwasser für den Bedarf von:

• Beheizen des Gebäudes;
• Kühlung des Gebäudes;
• Warmwasserversorgung;
• Warmwasserbereitung für Schwimmbäder.

Pumpen entziehen dem Grundwasser über Bohrlöcher, Entwässerungssysteme und andere Wassersysteme Wärmeenergie. Die über das Wärmeübertragungssystem aufgenommene Energie wird an das im Heizungssystem des Hauses zirkulierende Wasser abgegeben. Gekühltes Wasser kehrt in den Grundwasserleiter zurück Horizont durch den Abflussbrunnen. Die Effizienz hydrothermaler Systeme mit Wasser-HP wird durch die konstante Temperatur des Grundwassers das ganze Jahr über gewährleistet, die normalerweise auf einem Niveau von 8-13 C liegt.

Diese Bedingungen schaffen ein stabiles Hochleistungsheizsystem und machen es unabhängig von äußeren Witterungsbedingungen. Daher sind Wasser-Wasser-Pumpen am effizientesten und haben eine garantiert konstante Leistungszahl (COP). COP zeigt das Verhältnis der Wärmeenergie (kw) zum Stromverbrauch der Wärmepumpe (kw) für den Eigenbedarf zur Beheizung des Gebäudes.

Wenn die Temperatur zwischen 8-13 C liegt und die Vorlauftemperatur ist 35 C, COP-Koeffizient = 5 ÷ 7. In diesem Fall erhalten wir für jedes Kilowatt elektrischer Energie, das für die HP-Steuerung aufgewendet wird, kostenlose Energie 5 ÷ 7 kwausreichend, um in einem Raum mit einer Fläche von ca. 60 m² ein sanitäres Wärmeregime aufrechtzuerhalten.

Die Industrie produziert eine breite Palette von Wasser-Wasser-Pumpen, die erfolgreich in Wärmeversorgungssystemen eingesetzt werden und Klimatisierung von niedrigen Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie Hotels, Schulen, Bürogebäuden und Industrieanlagen. Eine Einschränkung bei der Verwendung dieser Art von HP kann die Verfügbarkeit von Genehmigungen für die Installation eines Brunnens sein.

Einsatz von Geothermiesystemen zur Wärmeversorgung

Die Nutzung von Erdwärme (oberflächennah) ist ein weiterer Wirkungsbereich des Pumpens. Unterirdisch wird ein rund 100 Meter langes Rohrsystem verlegt, das die Erdwärme speichert. Die Bodenbeschaffenheit bestimmt, wie viele Geothermiesysteme Es ist notwendig, die Heizlast des Hauses sicherzustellen. Bei großen Flächen kann alternativ Wärme aus nahegelegenen Erdkollektoren aus Fernwärme oder Wasserversorgung genutzt werden.

Der Wärmepumpenkreislauf funktioniert im Sommer im Klimamodus hervorragend. Nach dem Sammeln von Wärme aus dem Erdreich wird diese Energie von der Pumpe aufgenommen und der Innenheizung zugeführt. Erdwärmepumpen erfordern einen höheren Installationsaufwand als Luftpumpen, liefern jedoch eine konstante Heizleistung, da der Boden das ganze Jahr über konstante Temperaturen hat. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Energieproduktion gewährleistet.

Wie installiere ich ein Geothermie-System? Die Installation einer geothermischen Anlage kann gehen Sie in mehrere Richtungen:

1. Die Wärmetauscherrohre liegen horizontal, haben eine Grabenlänge von mehreren hundert Metern. Ein solches Schema erfordert einen erheblichen Aufwand an Erdarbeiten und führt zu einer Verletzung der lokalen Landschaft. Zudem wird die Nutzung dieses Grundstücks für mehrjährige Grünflächen in Zukunft problematisch sein.
2. Die Wärmetauscherrohre sind vertikal angeordnet, Schleifen bis zu 10 Metern. Die zeitaufwendigste und teuerste Option.
3. Die Wärmetauscherrohre befinden sich unter dem Wasser eines Reservoirs, das sich in der Nähe des Hauses befindet. Die günstigste Variante.

Vorteile:

1. Stufenlose Kompressormodulation für einen Überblick über die überwachte Leistung.
2. Reduzierter Energieverbrauch und geringere Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen.
3. Hohe Energieeffizienz.
4. Längere Lebensdauer dank Sanftanlaufverfahren.
5. Heiztemperatur am Auslauf bis 60 C.
6. Polizist> 7.
7. Deutlich geringere Betriebskosten durch einen intelligenten Kühlkreislauf.

Neben erheblichen Kosteneinsparungen bietet das Geothermie-System einige zusätzliche Vorteile. Wärme wird bei einer niedrigeren Temperatur als Zwangsluft erzeugt und arbeitet kontinuierlich, daher ist das System stabiler und weist keine großen Temperaturunterschiede auf.

Geothermische Systeme eignen sich gut für die Automatisierung mit Entladung der Heizleistung. Wenn die Temperatur im Raum den vom Verbraucher eingestellten Parametern entspricht, wird die überschüssige Wärme anderen Aufgaben des Energieaustauschs, beispielsweise der Warmwasserbereitung, zugeführt. Die typische Amortisationszeit für die meisten geothermischen Systeme beträgt 5-10 Jahre, was mit der Amortisationszeit für Solarenergie vergleichbar ist.

Air-Split-Systeme

Bei diesem Pumpentyp ist die Quelle Energie aus der Außenluft. Der Hauptvorteil der Luftwärmepumpe im Vergleich zur Erdwärme- und Warmwasserbereitung sind die geringen Kosten von Installation, da keine Aushub-, Installations- und Tiefseeverlegungsarbeiten erforderlich sind Wärmeleitungen.

Lufterhitzer können im Außen- und Innenbereich installiert werden, hergestellt in Monoblock- oder Split-Systemen. Bei Monoblock-Luftpumpen befindet sich der Plattenwärmetauscher im Außengerät und dem Innengerät wird Energie zugeführt durch gut isolierte Heatpipes. Bei einer Split-Wärmepumpe befindet sich der Wärmetauscher im Innengerät, so dass die Energie durch das Kältemittel nach innen transportiert wird.

Eine Einschränkung: PVs mit Luftquelle verlieren bei kälterem Wetter an Effizienz und funktionieren nicht mehr, wenn die Temperatur fällt unter -20 Grad, daher sind solche Systeme in Regionen mit einer durchschnittlichen Kaltlufttemperatur von nicht mehr als -10 ° C am meisten bevorzugt.

Berechnung des Heizkreises

Bevor Sie eine Wärmepumpe installieren, müssen Sie zunächst die Wärmebilanz des Hauses berechnen. Dies wird es ermöglichen Bestimmen Sie die Wärmeübertragung, die erforderlich ist, um sicherzustellen gewünschte Komforttemperatur. Bei der Dimensionierung der Pumpe sind folgende Daten zu berücksichtigen:

• der Zweck des Gebäudes;
• seine Gesamtfläche;
• die Anzahl der Stockwerke, die Fläche jedes einzelnen;
• Deckenhöhe;
• gewünschte (erforderliche) Raumtemperatur;
• Wände (Material, Schichtdicke);
• Art und Gesamtverglasungsfläche;
• das Vorhandensein eines Belüftungssystems und dessen Eigenschaften;
• Warmwasserbedarf, Anzahl Punkte;
• Heizungen und deren Typ;
• Anwesenheit / Abwesenheit von Land / Wasser in der Nähe;
• Vorhandensein / Fehlen von Strombeschränkungen.

Mit der Formel können Sie den Energiebedarf Ihres Hauses schnell im Voraus berechnen:

P = V x C x T,

wobei V das Wohnvolumen in m 3 ist;

C - Konstruktionsfaktor C = 0,75 wenn das Haus sehr gut isoliert ist (RT2005) C von 0,9 bis 1,3 wenn das Haus schlecht isoliert ist C = 1,6;

T ist die Differenz zwischen der erforderlichen Temperatur im Haus und der niedrigsten Außentemperatur während der kalten Jahreszeit für die geografische Zone des Standorts des Gebäudes.

Beispiel: Ein Haus mit einer Fläche von 200 m², einer Höhe von 2,5 m in der Region Moskau, die Temperatur im Raum beträgt 20 ° C, die Außentemperatur 16 ° C. P = 200 x 2,5 x 0,9 x (20 - (-16)) = 16200 W

Für dieses Haus, das 16. benötigt kw, wir brauchen eine Wärmepumpe mit einer Kapazität von 16 kw bis zu 20 kw .

Herstellung einer Wärmepumpe für den Haushaltsbedarf

Es ist rentabel und bequem, eine Wärmepumpe zum Heizen eines Hauses mit eigenen Händen herzustellen. Statistiken behaupten, dass TN für ein Haus mit einer Fläche von 200 m² zahlt sich innerhalb der ersten drei Jahre ausUnd das ist angesichts der steigenden Kosten für Kraftstoff und Strom nicht die Grenze. Diese Kosten können Sie reduzieren, wenn Handwerker im Haus sind, die aus Schrott eine Pumpe zusammenbauen können. Dazu benötigen Sie:

1. Leistungsstarker Kompressor, zum Beispiel für eine Klimaanlage. Wenn es so etwas zu Hause nicht gibt, können Sie es in den Reparaturwerkstätten für Kühlschränke und Klimaanlagen abholen. Dazu müssen Sie zunächst die Halterung an einem geeigneten Ort (normalerweise an der Hauswand) vorbereiten.
2. Kondensator, können Sie selbst herstellen. Machen Sie eine Spule aus einem Kupferrohr mit einer Wandstärke von mindestens 1 mm, die in einen geschweißten Metallkörper geeigneter Größe gelegt werden sollte. Installieren Sie die erforderlichen Wasserhähne und Anschlüsse. Es wird auch an der Wand neben dem Kompressor platziert. Damit die Spule hochwertig hergestellt werden kann, wird das Kupferrohr beispielsweise auf eine Gasflasche gewickelt und der Windungsabstand mit einer Aluminiumecke fixiert. Endmontage des Kondensators (Kupferrohr löten, Freon pumpen usw.) ) ist es besser, es einem Fachmann anzuvertrauen, um das VT nicht zu beschädigen und sich während der Montage oder des Betriebs nicht zu verletzen.
3. Verdampfer - ein Behälter zum Umwandeln eines flüssigen Kältemittels in einen Dampfzustand. Der entstehende Dampf gelangt in den Kompressor, der ihn unter Druck zum Kondensator pumpt.
4. Drosselklappe. Es ist notwendig, unter Berücksichtigung der Parameter der Pumpe zu kaufen.
5. Verbinden von Rohrelementen des Diagramms, abhängig von der gewählten Installationsart.
6. Prüfen Sie die hydraulische Dichtheit von Rohrleitungssystemen durch Druckprüfung (Luft oder Wasser).
7. Sie überprüfen die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu Hause.

Vor- und Nachteile einer Wärmequelle

Vorteile von Wärmepumpen:

• Ideale Elektroheizung: Erzeugung von 4 kW Wärme bei einem Verbrauch von 1 kW für den Eigenbedarf der Anlage.
• Unabhängigkeit von teuren Brennstoffen (Gas, Kohle, Heizöl).
• Effiziente Energiebilanz komplett mit Boden- oder Wandheizungen.
• Sie nehmen wenig Platz in einem Haus oder Keller ein.
• Geringe Wartungskosten.
• Es integriert sich gut in das „Smart Home“-System.

Nachteile:

• Die Wirtschaftlichkeit nach Praxistests in alten Häusern entspricht nicht immer der vom Gerätehersteller deklarierten.
• Hohe Anforderungen an das Heizsystem.
• Das Vorhandensein eines Speichertanks im Kreislauf.
• Die Temperatur der Wärmequelle ist nur bei Grundwasser konstant.
• Viele Modelle enthalten ein klimaschädliches Kältemittel.