Pompa ciepła „zrób to sam”: cechy obiegu, wydajność i okres zwrotu

Pompa ciepła (HP) to innowacyjne, wydajne, ekologiczne i budżetowe rozwiązanie do wytwarzania ciepła na potrzeby zaopatrzenia w ciepłą wodę (CWU) i ogrzewania. Zasada jego działania jest prosta. Urządzenie pobiera ciepło ze środowiska naturalnego (powietrze, ziemia, woda) i dostarcza je do systemu grzewczego (OS) oraz zaopatrzenia w ciepłą wodę.

Wewnętrzny nośnik ciepła (amoniak lub inny czynnik chłodniczy) pobiera energię z otoczenia i transportuje ją do parownika. W nim czynnik chłodniczy jest przekształcany z cieczy w gaz przez parowanie. W kolejnym etapie zmniejsza się objętość gazowego nośnika ciepła, a tym samym wzrasta jego temperatura.

Gorący płyn chłodzący krąży w skraplaczu, z którego ciepło uwalniane jest do systemu grzewczego domu. Zawór rozprężny ponownie chłodzi czynnik chłodniczy i rozpoczyna nowy cykl grzewczy, tworząc niezwykle wydajny system grzewczy.

Schematy podłączenia źródła ciepła i sprawność

Wydajność takiej pompy określa się porównując ilość energii wytwarzanej przez urządzenie z ilością energii elektrycznej zużywanej na własne potrzeby. Przede wszystkim zależy to od temperatury zewnętrznej. W trybie ogrzewania spada wydajność systemugdy temperatura na zewnątrz spada. W zimnym klimacie przy najniższych możliwych temperaturach taki system wymaga dodatkowego ogrzewania dodatkowego, gdy sam nie może zapewnić wystarczającej ilości ciepła, aby utrzymać sanitarną temperaturę powietrza we wnętrzu pokój.

Istnieją różne źródła ciepła dla systemów grzewczych:

• Powietrze;
• Gleba;
• Wody gruntowe.

Proste obliczenia pokazują, że jeśli wysokosprawny kocioł na gaz ziemny może pracować z sprawność 93%, TS „powietrze-powietrze” – o 180%, a TS „woda-grunt” może osiągnąć sprawność do 400%.

Pompy ciepła woda/woda

Pompy typu woda-woda przetwarzają energię uzyskaną z naturalnych źródeł wody do wewnętrznego obiegu grzewczego. Instalacje hydrotermalne wykorzystują wody gruntowe na potrzeby:

• ogrzewanie budynku;
• chłodzenie budynku;
• Zaopatrzenie w ciepłą wodę użytkową;
• woda grzewcza do basenów.

Pompy pobierają energię cieplną z wód gruntowych za pomocą odwiertów, systemów odwadniających i innych systemów wodnych. Otrzymana energia przez system wymiany ciepła jest przekazywana do wody krążącej w systemie grzewczym domu. Schłodzona woda wraca do warstwy wodonośnej horyzont przez studnię zrzutową. Sprawność systemów hydrotermalnych z HP wody zapewnia stała temperatura wód gruntowych przez cały rok, zwykle na poziomie 8-13 C.

Warunki te tworzą stabilny wysokowydajny system grzewczy i uniezależniają go od zewnętrznych warunków atmosferycznych. Dlatego pompy typu woda-woda są najbardziej wydajne i mają gwarantowany stały współczynnik wydajności (COP). COP pokazuje stosunek energii cieplnej (kWh) do energii elektrycznej pobieranej przez pompę ciepła (kWh) na własne potrzeby zapewnić ogrzewanie budynku.

Gdy temperatura wynosi od 8 do 13 C, a temperatura zasilania wynosi wynosi 35 C, współczynnik COP = 5 ÷ 7. W tym przypadku za każdy kilowat energii elektrycznej zużytej na sterowanie HP otrzymujemy darmową energię 5 ÷ 7 kWhwystarczające do utrzymania sanitarnego reżimu termicznego w pomieszczeniu o powierzchni około 60 m².

Przemysł produkuje szeroką gamę pomp woda-woda, które są z powodzeniem stosowane w systemach zaopatrzenia w ciepło i klimatyzacja niskich budynków jednorodzinnych i wielomieszkaniowych, a także hoteli, szkół, biurowców i obiekty przemysłowe. Ograniczeniem w korzystaniu z tego typu HP może być dostępność pozwoleń na instalację odwiertu.

Zastosowanie systemów geotermalnych do dostarczania ciepła

Wykorzystanie energii geotermalnej (przypowierzchniowej) to kolejny efektywny obszar pompowania. Pod ziemią układany jest system rur o długości około 100 metrów, który akumuluje ciepło gruntu. Stan gleby określa, ile systemów geotermalnych konieczne jest zapewnienie obciążenia grzewczego domu. W przypadku dużych powierzchni alternatywnie można wykorzystać ciepło z pobliskich kolektorów podziemnych z sieci ciepłowniczej lub wodociągowej.

Obieg pompy ciepła świetnie sprawdza się latem w trybie klimatyzacji. Po odebraniu ciepła z gruntu energia ta jest pobierana przez pompę i dostarczana do wewnętrznego systemu grzewczego budynku. Pompy naziemne wymagają większych nakładów na instalację niż pompy powietrzne, ale zapewniają stałą moc grzewczą, ponieważ gleba ma stałą temperaturę przez cały rok. W ten sposób zagwarantowana jest ciągła produkcja energii.

Jak zainstalować system geotermalny? Instalacja systemu geotermalnego może: idź w kilku kierunkach:

1. Rury wymiennika ciepła są ułożone poziomo, mają długość wykopu setek metrów. Taki schemat wymaga znacznej ilości robót ziemnych i prowadzi do naruszenia lokalnego krajobrazu. Ponadto w przyszłości ten kawałek ziemi będzie problematyczny w użytkowaniu na wieloletnie tereny zielone.
2. Rury wymiennika ciepła są ułożone pionowo, pętle do 10 metrów. Najbardziej czasochłonna i kosztowna opcja.
3. Rury wymiennika ciepła znajdują się pod wodą zbiornika znajdującego się w pobliżu domu. Najtańsza opcja.

Zalety:

1. Bezstopniowa modulacja sprężarki zapewniająca przegląd monitorowanej wydajności.
2. Zmniejszone zużycie energii i koszty w porównaniu z konwencjonalnymi pompami ciepła.
3. Wysoka efektywność energetyczna.
4. Dłuższa żywotność dzięki procedurze miękkiego startu.
5. Temperatura grzania na wylocie do 60 C.
6. COP> 7.
7. Znacznie niższe koszty operacyjne dzięki inteligentnemu cyklowi chłodzenia.

Oprócz znacznych oszczędności kosztów, system geotermalny ma pewne dodatkowe korzyści. Ciepło wytwarzane jest w niższej temperaturze niż wymuszone powietrze i pracuje w sposób ciągły, dzięki czemu system jest bardziej stabilny, nie ma dużych różnic temperatur.

Systemy geotermalne dobrze nadają się do automatyzacji z rozładunkiem mocy grzewczej. Gdy temperatura w pomieszczeniu odpowiada parametrom ustawionym przez konsumenta, nadmiar ciepła trafi do innych zadań wymiany energii, na przykład do podgrzewania ciepłej wody. Typowy okres zwrotu dla większości systemów geotermalnych wynosi 5-10 lat, co jest porównywalne z okresem zwrotu dla energii słonecznej.

Systemy rozdziału powietrza

Dla tego typu pompy źródłem jest energia z powietrza zewnętrznego. Główną zaletą powietrznej pompy ciepła w porównaniu z ogrzewaniem geotermalnym i wodnym jest niski koszt montaż, ponieważ nie są wymagane prace wykopowe, montażowe i układanie w głębinach morskich, rurociągi cieplne.

Powietrzne pompy ciepła są dostępne do instalacji zewnętrznej i wewnętrznej, wykonane w systemach monoblokowych lub split. W przypadku monoblokowych pomp powietrznych płytowy wymiennik ciepła znajduje się w jednostce zewnętrznej i energia jest dostarczana do jednostki wewnętrznej przez dobrze izolowane rury cieplne. W przypadku pompy ciepła typu split wymiennik ciepła znajduje się w jednostce wewnętrznej, dzięki czemu energia jest transportowana do wewnątrz przez czynnik chłodniczy.

Jedno ograniczenie: HP ze źródłem powietrza tracą wydajność w chłodniejsze dni i przestają działać, gdy temperatura spada poniżej -20 stopni, dlatego w regionach o średniej temperaturze zimnego powietrza nie większej niż -10 C takie systemy są najbardziej preferowane.

Obliczanie obiegu grzewczego

Pierwszą rzeczą do zrobienia przed zainstalowaniem pompy ciepła jest obliczenie bilansu cieplnego domu. To pozwoli określić wymianę ciepła niezbędną do zapewnienia wymagana temperatura komfortu. Przy doborze pompy należy wziąć pod uwagę następujące dane:

• cel budynku;
• jego całkowita powierzchnia;
• liczba pięter, powierzchnia każdego z nich;
• wysokość sufitu;
• żądana (wymagana) temperatura pokojowa;
• ściany (materiał, grubość warstwy);
• rodzaj i całkowita powierzchnia przeszklenia;
• obecność systemu wentylacyjnego i jego charakterystyka;
• zapotrzebowanie na ciepłą wodę, ilość punktów;
• grzejniki i ich rodzaj;
• obecność / brak ziemi / wody w pobliżu;
• obecność / brak ograniczeń dotyczących energii elektrycznej.

Możesz szybko wstępnie obliczyć potrzeby energetyczne swojego domu za pomocą wzoru:

P = V x C x T,

gdzie V jest objętością mieszkania wm 3;

C - współczynnik budowy C = 0,75 jeśli dom jest bardzo dobrze ocieplony (RT2005) C od 0,9 do 1,3 gdy dom jest słabo ocieplony C = 1,6;

T to różnica między wymaganą temperaturą w domu a najniższą temperaturą zewnętrzną w okresie zimowym dla obszaru geograficznego lokalizacji budynku.

Przykład: Dom o powierzchni 200 m², wysokości 2,5 m, położony w rejonie Moskwy, temperatura wewnątrz pomieszczenia wynosi 20 C, temperatura na zewnątrz 16 C. P = 200 x 2,5 x 0,9 x (20 - (-16)) = 16200 W

Do tego domu, który wymaga 16 kWhpotrzebujemy pompy ciepła o wydajności 16 kWh do 20 kWh .

Produkcja pompy ciepła na potrzeby gospodarstw domowych

Opłacalne i wygodne jest wykonanie pompy ciepła do ogrzewania domu własnymi rękami. Statystyki twierdzą, że TN za dom o powierzchni 200 m² zwróci się w ciągu pierwszych trzech latA to nie jest limit, biorąc pod uwagę rosnące koszty paliwa i energii elektrycznej. Możesz obniżyć te koszty, jeśli w domu są rzemieślnicy, którzy potrafią zmontować pompę ze złomu. Do tego będziesz potrzebować:

1. Wydajny kompresor, na przykład do klimatyzatora. Jeśli nie ma czegoś takiego w domu, możesz go odebrać w warsztatach naprawczych lodówek i klimatyzatorów. W tym celu najpierw musisz przygotować uchwyt w dogodnym miejscu (zwykle na ścianie domu).
2. Kondensator, możesz to zrobić sam. Zrób cewkę z miedzianej rurki o grubości ścianki co najmniej 1 mm, która jest umieszczona w spawanym metalowym korpusie o odpowiednim rozmiarze. Zainstaluj na nim niezbędne krany i połączenia. Umieszcza się go również na ścianie obok kompresora. Aby cewka była wykonana z wysoką jakością, rura miedziana jest nawinięta na przykład na butlę gazową, a odległość między zwojami jest ustalona za pomocą aluminiowego narożnika. Montaż końcowy skraplacza (lutowanie rury miedzianej, pompowanie freonu itp.) ) lepiej powierzyć to profesjonalistom, aby nie uszkodzić VT i nie doznać obrażeń podczas montażu lub eksploatacji.
3. Parownik - pojemnik do konwersji ciekłego czynnika chłodniczego w stan pary. Powstała para wchodzi do sprężarki, która pompuje ją pod ciśnieniem do skraplacza.
4. Zawór dławiący. Konieczny jest zakup, biorąc pod uwagę parametry pompy.
5. Łączenie elementów rurowych schematu w zależności od wybranego typu instalacji.
6. Sprawdź szczelność hydrauliczną systemów rurociągów poprzez próbę ciśnieniową (powietrze lub woda).
7. Sprawdzają niezawodność sprzętu energetycznego w domu.

Zalety i wady źródła zaopatrzenia w ciepło

Zalety pomp ciepła:

• Idealne ogrzewanie elektryczne: produkcja 4 kW ciepła przy zużyciu 1 kW na potrzeby własne zakładu.
• Niezależność od drogiego paliwa (gaz, węgiel, olej opałowy).
• Efektywny bilans energetyczny wraz z grzejnikami podłogowymi lub ściennymi.
• Zajmują mało miejsca w domu lub piwnicy.
• Niskie koszty utrzymania.
• Dobrze integruje się z systemem „inteligentnego domu”.

Niedogodności:

• Efektywność ekonomiczna po testach praktycznych w starych domach nie zawsze odpowiada deklarowanej przez producenta sprzętu.
• Wysokie wymagania dotyczące systemu grzewczego.
• Obecność zbiornika magazynowego w obwodzie.
• Temperatura źródła ciepła jest stała tylko przy wodach gruntowych.
• Wiele modeli zawiera czynnik chłodniczy szkodliwy dla klimatu.