Forskjeller og fordeler med en luft-til-vann-varmepumpe

Her vil du finne ut:

• Hvordan luft-til-vann varmepumper fungerer
• Spesifikasjon av anvendelse og arbeid
• Fordeler og ulemper med luftkildevarmepumper
• Topp 5 fordeler for planteiere
• Hvordan velge en luft-til-vann varmepumpe
• Algoritme for montering av en hjemmelaget enhet
• Funksjoner ved vedlikehold av enheten

Luft-til-vann-varmepumpen brukes til oppvarming av husholdnings- og industrilokaler i de sørlige regionene og det sentrale Russland. Du kan kjøpe en slik enhet eller lage den selv, for eksempel fra et klimaanlegg.

Hva trenger du å vite?

Du kan si at siden varmepumper er så effektive, hvorfor brukes de så dårlig. Hele poenget ligger i de høye kostnadene for utstyr og installasjon. Det er av denne enkle grunnen at mange nekter denne løsningen og velger for eksempel elektriske eller kullfyrte kjeler. Likevel er det ikke verdt å forkaste dette alternativet av mange grunner, som vi definitivt vil nevne i denne artikkelen. Når varmepumper er installert, blir de veldig økonomiske når de bruker bakkenergien. Bakken kilde pumpen er en 3 i 1. Den kombinerer ikke bare en varmekjele og et varmtvannssystem, men også et klimaanlegg. La oss se nærmere på dette utstyret og vurdere alle dets styrker og svakheter.

Prinsipp for drift

For de som ikke helt forstår temaet, er det verdt å forklare hva en luft-til-vann-varmepumpe er. Faktisk er det et "omvendt kjøleskap" - en enhet som kjøler luften utenfor og varmer opp vannet i tanken. Da kan dette vannet brukes til varmtvannsforsyning eller oppvarming av huset.

Internt arrangement av en luft-til-vann-varmepumpe skjematisk

Varmepumpen bruker en lukket syklus og bruker bare strøm. Effektiviteten måles som forholdet mellom forbrukt elektrisk energi og mottatt termisk energi. Effektiviteten til varmepumper måles også i COP (Coefficient of performance). COP 2 tilsvarer en effektivitet på 200% og betyr at for 1 kW strøm vil den gi 2 kW varme.

Prinsippet om enheten

Prinsippet for drift av en varmepumpe for oppvarming er basert på bruken av den potensielle forskjellen mellom termisk energi. Derfor kan slikt utstyr brukes i alle miljøer. Det viktigste er at temperaturen er minst 1 grad Celsius.

Vi har et kjølevæske som beveger seg gjennom rørledningen, der det faktisk varmes opp med 2-5 grader. Etter det kommer kjølevæsken inn i varmeveksleren (intern krets), hvor den frigjør den oppsamlede energien. På dette tidspunktet er det et kjølemiddel i den eksterne kretsen, som har et lavt kokepunkt. Følgelig blir det til gass. Når den kommer inn i kompressoren komprimeres gassen, noe som resulterer i at temperaturen blir enda høyere. Deretter går gassen til kondensatoren, hvor den mister varmen og gir den til varmesystemet. Kjølemediet blir flytende og strømmer tilbake til den eksterne kretsen.

Fordeler og ulemper med varmepumper

Varmepumper for oppvarming til hjemmet kan styres av spesialinstallerte termostater. Pumpen slås automatisk på når temperaturen på mediet faller under den innstilte verdien og slås av hvis temperaturen overstiger innstillingspunktet. Dermed holder enheten en konstant temperatur i rommet - dette er en av fordelene med enhetene.

Fordelene med enheten er økonomien - pumpen bruker litt strøm og miljøvennlighet, eller absolutt sikkerhet for miljøet. De viktigste fordelene med enheten:

• Pålitelighet.Levetiden overstiger 15 år, alle deler av systemet har en høy arbeidsressurs, energidråper skader ikke systemet.
• Sikkerhet. Ingen sot, ingen eksos, ingen åpen ild, ingen gasslekkasje.
• Komfort. Driften av pumpen er stille, kos og komfort i huset bidrar til å skape klimakontroll og et automatisk system, hvis drift avhenger av værforhold.
• Fleksibilitet. Enheten har en moderne stilig design og kan kombineres med alle varmesystemene i huset.
• Allsidighet. Den brukes i privat, sivil konstruksjon. Siden den har et bredt kraftområde. På grunn av dette kan det gi varme til rom i alle områder - fra et lite hus til en hytte.

Pumpens komplekse struktur bestemmer dens største ulempe - de høye kostnadene ved utstyr og installasjon. For å installere enheten er det nødvendig å utføre gravearbeid i store volumer.

Kort om hvilke typer varmepumper

Flere populære geotermiske pumpeutforminger er kjent i dag. Men i alle fall kan driftsprinsippet deres sammenlignes med arbeidet med kjøleutstyr. Derfor kan pumpen, uansett type, brukes som klimaanlegg om sommeren. Så varmepumper er klassifisert etter hvor de kan trekke ut varme fra:

• Fra bakken;
• Fra reservoaret;
• Utenfor luften.

Den første typen er mest å foretrekke i kalde områder. Faktum er at lufttemperaturen ofte synker til -20 og under (for eksempel Russland), men dybden på jordfrysing er vanligvis ubetydelig. Når det gjelder reservoarer, er de ikke overalt, og det er ikke veldig tilrådelig å bruke dem. I alle fall er det bedre å velge en grunnvarmepumpe for oppvarming av hjemmet. Vi undersøkte driftsprinsippet til enheten litt, så vi går videre.

Hvordan fungerer en grunnvarmepumpe? Prinsipp for drift.

For å få varme fra bakken, er det nødvendig med en jordvarmeveksler. For å gjøre dette plasseres et rør ganske enkelt i bakken og danner en løkke der væske sirkulerer - det kalles populært saltlake. Sløyfen (i praksis er det flere) passerer gjennom fordamperen til varmepumpen, der temperaturen på saltlaken synker og blir lavere enn temperaturen på bakken. Passerer videre langs røret i bakken, varmes saltlaken gradvis opp. På slutten kommer den igjen inn i fordamperen, hvor den avgir varme.

Dermed formidler saltlake temperaturforskjellen mellom jord og pumpe fordamper.

Varmeveksleren kan være vannrett eller loddrett. Landstørrelsen hjelper til med å velge en løsning - det kreves flere hundre kvadratmeter for å produsere en horisontal varmeveksler, og flere dusin er nok til vertikale sonder.

Det er viktig at volumet på varmeveksleren er stort - for hele oppvarmingssesongen mottar pumpen flere megawatt-timer varme fra bakken. Hvis den er for liten, utsettes den for overdreven kjøling, og som et resultat kan ikke pumpen fungere skikkelig. Kontrollsystemet til en bakkevarmepumpe slår som regel av når saltvannstemperaturen synker til -7 ° C, fordi prosessen i kretsen forstyrres under denne verdien.

Jordvarmepumpe med horisontal varmeveksler.

Når det gjelder en varmeveksler laget av rør som ligger horisontalt, er den optimale dybden 0,2 - 0,5 m under fryselinjen. Men hvis det er et vassdrag på relativt grunt dybde, er den beste løsningen å plassere rør i det. Da oppnår varmepumpen en høyere virkningsgrad Kp.

Rør av en horisontal varmeveksler legges i en ferdig klargjort grop med dimensjoner som tilsvarer den nødvendige overflaten på varmeveksleren. De ledes i form av en spole (bøyer) over hele overflaten av gropen, og observerer visse intervaller mellom tilstøtende seksjoner.Intervallene skal ikke være mindre enn 0,4 m og ikke mer enn 1,2 m, med tanke på jordtypen som dens evne til å "regenerere" (tilsette varme) følger fra. Jo lenger bakken er frossen, jo større intervall skal det være.

Det må huskes at varmeveksleren til varmeveksleren ikke strømmer fra rørets lengde, bare fra overflaten av bakken den er lagt på. Små hull åpner ikke for å motta mer varme fra det på grunn av behovet for å bruke et langt rør. Dette betyr en høyere investering og driftskostnad, fordi det kreves en sirkulasjonspumpe med høyere kapasitet for å pumpe saltlake gjennom et langt rør. På grunn av dette for store gapet mellom rørene, skjer det at varmen ikke kommer inn i den utformede mengden, slik at kraften til varmeveksleren blir mindre.

Jordvarmevekslerprosjekt.

Å designe en passende størrelse jordvarmeveksler er nøkkelen til riktig drift av en varmepumpe. For å beregne den nødvendige verdien kreves det informasjon om den nødvendige effekten til varmepumpen. Hvis det ikke ligger i enhetens tekniske egenskaper, er det nok å vite at det tilsvarer den termiske effekten redusert av kompressoreffekten. Hvis vi ikke vet hvilken kapasitet kompressoren har, men vi har informasjon om kapasitetsfaktoren Kp, deretter beregnes kjøleeffekten med tilstrekkelig nøyaktighet med formelen:

Qcool = (Kp - 1) / Kp • Qtopl.

Det er nødvendig å være oppmerksom på at de substituerte verdiene blir nådd ved en temperatur som tilsvarer den som hersker både i jorda og i varmesystemet under drift av pumpen ved full kapasitet (for eksempel 0/35 - saltoppløsningstemperatur 0 grader Celsius, varmesystem 35 grader Celsius).

Beregning av overflaten til varmeveksleren til en horisontal grunnvarmepumpe.

Styrken som en grunnvarmeveksler overfører varme med, avhenger av jordtypen, nemlig fuktighetsinnholdet. Avhengig av dette, for å beregne overflaten til den horisontale varmeveksleren, tas følgende verdier av jordens termiske kraft qg (for polyetylenrør):

• sandtørr - 10 W / m2
• sand, våt - 15-20 W / m2
• leiretørr - 20-25 W / m2
• leirete, våt - 25-30 W / m2
• våt (akvifer) - 35-40 W / m2.

Dette er selvfølgelig veiledende verdier.

Det er vanskelig å vurdere om jorden er den samme over hele området beregnet på varmeveksleren til de begynner å bygge den, så det er bedre å ta en lavere verdi for beregningen. I et riktig laget system går kompressoren til varmepumpen fra 1800 til 2400 timer per år, jordens varmeeffekt fører til en lengre arbeidstid.

Overflaten til varmeveksleren beregnes med formelen:

A = Q / qg

Eksempel: Husets behov for energi til oppvarming er 14 kW, og pumpen vil tilfredsstille dem fullt ut (må fungere i et monovalent system). Den valgte enheten mottar en termisk effekt (oppvarming) på 14 kW for parametrene 0/35, mens man oppnår en effektivitetskoeffisient Kp = 4,5. Kjøleeffekten er derfor Qcool = (4,5-1) / 4,5 • 14 = 10,9 kW, det vil si 10900 W. Varmeveksleren må lages i tørr leirejord, derfor må arealet være A = 10 900/20 = 545 m2. Det gjøres oppmerksom på at når det gjelder vannlevende jord, kan varmeveksleren være to ganger mindre, men hvis jorden er sand, vil arealet oppta mer enn 1000 m2. I en slik situasjon er den beste løsningen å plassere rørene vertikalt.

Varmeveksler til en vertikal grunnvarmepumpe.

Varmepumpen oppnår en høyere effektivitetsfaktor Kp når varmevekslerrørene er plassert vertikalt i bakken - på en dybde på 40-150 m.Dette skyldes at temperaturen på bakken på en dybde under 10 m er omtrent 10 grader Celsius hele året - det vil si om vinteren er den nesten ti mer enn på en dybde på 1,5 meter.

Utførelsen av en vertikal varmeveksler er imidlertid klart dyrere enn en horisontal. Dette er vertikale seksjoner av et rør som danner en løkke (røret går ned gjennom hullene, nederst snur det og går opp). De kalles geotermiske sonder. I dette tilfellet beregnes de ikke etter areal, men av den totale lengden på varmeveksleren, vanligvis bestående av mer enn en sonde.

I vertikale brønner plasseres ett eller to par rør (U- eller Y-sonde). Innføring av borehullsrøret gjøres lettere av hodet, et element som forbinder stigerørene som kan tilpasses for å få plass til et ekstra fyllrør. Hodet skyves inn i hullene, og med det rørene til varmeveksleren. Deretter helles flytende betong i brønnen.

I en Y-type varmeveksler strømmer væske ned til hodet i det ene røret og kommer tilbake fra hodet i det andre. I en dobbel U-type varmeveksler strømmer den med to rør ned og to opp.

Avstanden mellom borepunkter opp til 50 m dyp bør ikke være mindre enn 5 m, og når det gjelder dypere fra 8 til 15 meter. Må plasseres på en linje vinkelrett på vannstrømningsretningen.

Beregning av lengden på varmeveksleren til den vertikale grunnvarmepumpen.

I dette tilfellet er det viktig hvordan egenskapene til jorden endrer seg med dybden. Informasjon kan gis med geologiske kart og dokumentasjon av brønner som tidligere er laget i nærheten. På dette grunnlag er det mulig å estimere tykkelsen på de enkelte jordlagene og beregne gjennomsnittsverdien av varmeledningskoeffisienten for området der varmevekslerrørene skal plasseres.

Beregninger er imidlertid ikke i stand til å ta hensyn til all grunnvannsbevegelse, og i praksis hender det ofte at det oppnådde resultatet er vesentlig forskjellig fra virkeligheten. For å være sikker på at den vertikale varmeveksleren vil fungere skikkelig, er det nødvendig å foreta en kartlegging av jorden på stedet der boringen skal utføres. I dette tilfellet, produktiviteten til varmen i jorden qg avhenger også av typen.

For PE80-rør er det:

• tørr sandjord - 10-12 W / m;
• sand våt - 12-16 W / m;
• middels leire tørr - 16-18 W / m;
• middels leire våt - 19-21 W / m;
• tung leiretørr - 18-19 W / m;
• tung leire våt - 20-22 W / m;
• våt (akvifer) - 25-30 W / m.

Det er nødvendig å ta hensyn til tykkelsen på individuelle lag av en bestemt type jord og på dette grunnlag beregne den totale ytelsen til hver sonde.

Jordens varmeeffekt, der begge lag er tørre, i likhet med akviferer, når du bruker doble U-prober (fire rør i brønnen), er i gjennomsnitt omtrent 50 W / m. Det kan foreløpig antas at når det gjelder søkernes varmepumpe, i eksemplet med beregning av en horisontal varmeveksler (kjølekapasitet 10,9 kW), kreves det hull med en total lengde på L = 10.900 / 50 = 218 m, at er for eksempel fire på 55 meter hver.

"Grunnvann": hvordan plasseres det best?

Å få varme fra bakken regnes som det mest hensiktsmessige og rasjonelle. Dette skyldes det faktum at det praktisk talt ikke er temperatursvingninger på en dybde på 5 meter. En spesiell væske brukes som varmebærer. Det kalles ofte saltlake. Det er helt miljøvennlig.

Når det gjelder plasseringsmetoden, det vil si horisontal og vertikal. Den første typen er preget av det faktum at plastrør, som representerer den ytre konturen, legges horisontalt på torget. Dette er veldig problematisk, siden utleggingsarbeidet må utføres på et område på 25-50 kvadratmeter. For vertikale brønner bores vertikale brønner med en dybde på 50-150 meter.Jo dypere probene er plassert, jo mer effektiv vil den geotermiske varmepumpen fungere. Vi har allerede vurdert operasjonsprinsippet, og nå vil vi snakke om viktige detaljer.

Varmepumpe "Vann til vann": driftsprinsipp

Ikke kast bort muligheten for å bruke vannets kinetiske energi umiddelbart. Faktum er at på store dyp forblir temperaturen ganske høy og varierer i små områder, hvis dette i det hele tatt skjer. Du kan gå flere måter og bruke:

• Åpne vannmasser som elver og innsjøer.
• Grunnvann (vel, vel).
• Avløpsvann fra industrisykluser (returvannforsyning).

Fra et økonomisk og teknisk synspunkt er den enkleste måten å sette opp driften av en geotermisk pumpe i et åpent reservoar. Samtidig er det ingen signifikante strukturelle forskjeller mellom pumpene "jord-vann" og "vann-vann". I sistnevnte tilfelle forsynes rør nedsenket i et åpent reservoar med last. Når det gjelder bruk av grunnvann, er design og installasjon mer kompleks. Det er nødvendig å tildele en egen brønn for vannutslipp.

Prinsippet om drift av luft-til-vann-varmepumpen

Denne typen pumpe regnes som en av de minst effektive av en rekke årsaker. For det første, i den kalde årstiden, faller temperaturen på luftmassene betydelig. Til slutt fører dette til en reduksjon i pumpeeffekt. Det er kanskje ikke i stand til å takle oppvarmingen av et stort hus. For det andre er designet mer komplisert og mindre pålitelig. Imidlertid reduseres installasjons- og vedlikeholdskostnadene betydelig. Dette skyldes at du ikke trenger et reservoar, en brønn, og at du ikke trenger å grave grøfter for rør på sommerhuset.

Systemet plasseres på taket av bygningen eller på et annet passende sted. Det er verdt å merke seg at dette designet har et betydelig pluss. Det består i muligheten for å bruke avgasser, luft som forlater rommet igjen. Dette kan kompensere for utilstrekkelig kapasitet på utstyret om vinteren.

Luft-til-luft-pumper og mer

Slike installasjoner er enda mindre vanlige enn "Air-Water", av en rekke årsaker. Som du kanskje har gjettet, brukes i vårt tilfelle luft som varmebærer, som varmes opp fra en varmere luftmasse fra omgivelsene. Det er et stort antall ulemper ved et slikt system, alt fra lav produktivitet til høye kostnader. En luft-til-luft-varmepumpe, hvis prinsipp du kjenner til, er ikke dårlig bare i varme områder.

Det er styrker her også. For det første de lave kostnadene for kjølevæsken. Sjansen er stor for at du ikke vil møte en luftledningslekkasje. For det andre er effektiviteten til en slik løsning ekstremt høy i løpet av vår-høstperioden. Om vinteren er det upraktisk å bruke en luftvarmepumpe, hvor driftsprinsippet vi har vurdert.

DIY luftvarmepumpe: monteringsskjema

I motsetning til ganske komplekse geotermiske og hydrotermiske systemer, er en luft-til-vann varmepumpe tilgjengelig for produksjon selv.

Videre, for produksjon av et luftsystem trenger vi et relativt billig sett bestående av følgende deler og sammenstillinger:

Ekstern luft-til-vann-varmepumpeenhet

• Delt systemkompressor - den kan kjøpes i et servicesenter eller i et verksted
• 100 liters tank i rustfritt stål - kan fjernes fra hvilken som helst gammel vaskemaskin
• En polymer beholder med bred munn - en vanlig boks eller polypropylen vil gjøre.
• Kobberrør med en gjennomstrømningsdiameter på mer enn 1 millimeter. Du må kjøpe dem, men dette er det eneste dyre kjøpet i hele prosjektet.
• Et sett med avstengnings- og reguleringsventiler, som inkluderer en avløpskran, en luftetsingsventil, en sikkerhetsventil.
• Fester - braketter, rørklips, klemmer og andre.

I tillegg trenger vi det billigste kjølemediet - freon og i det minste den enkleste kontrollenheten, uten hvilken bruk av varmepumper vil være veldig vanskelig, på grunn av behovet for å synkronisere driften av kompressoren med temperaturen på overflaten av fordamper og kondensator.

Montering av enheten

Vel, selve byggeprosessen er som følger:

• Vi lager en spiral av et kobberrør, hvis dimensjoner må tilsvare tverrsnittet og høyden på ståltanken.
• Vi monterer spolen i tanken og lar kobberrøruttakene være utenfor den. Deretter forsegler vi tanken og utstyrer den med en innløp (nederst) og utløp (topp). Som et resultat oppnås det første elementet i systemet - kondensatoren - med ferdige kraner for direkte oppvarmingsrør (øvre beslag) og retur (nedre beslag)
• Vi monterer kompressoren på veggen (ved hjelp av braketten). Vi kobler trykkoplingen til kompressoren til det øvre utløpet av kobberrøret.
• Vi lager en andre spole av et kobberrør, hvis dimensjoner faller sammen med tverrsnittet og høyden på polymerboksen.
• Vi monterer spolen i boksen og installerer en vifte på enden som blåser luft inn i spolen. Videre bør to saker komme ut av boksen. Som et resultat er hele denne strukturen, som er fordamperen til systemet, montert på fasaden eller i ventilasjonsakselen.
• Vi forbinder det nedre utløpet av tanken (kondensatoren) med det nedre utløpet av boksen (fordamperen) ved å kutte en kontrollspole inn i denne rørledningen.
• Vi kobler boksens øvre utløp med kompressorens sugerør.

Det er i utgangspunktet det. Systemet basert på driftsprinsippet til en luftvarmepumpe er nesten komplett. Det gjenstår bare å helle kjølemiddel i kompressoren og koble gassventilen til kontrollenheten.

Hjemmelaget varmepumpe

Studier har vist at tilbakebetalingsperioden for utstyret avhenger direkte av det oppvarmede området. Hvis vi snakker om et hus på 400 kvadratmeter, er dette omtrent 2-2,5 år. Men for de som har et mindre hus, er det fullt mulig å bruke hjemmelagde pumper. Det kan virke som om det er vanskelig å lage slikt utstyr, men faktisk er det ikke noe. Det er nok å kjøpe de nødvendige komponentene, og du kan fortsette med installasjonen.

Det første trinnet er å kjøpe en kompressor. Du kan ta den på klimaanlegget. Monter den på samme måte på veggen til bygningen. I tillegg er det behov for en kondensator. Du kan bygge den selv eller kjøpe den. Hvis du går med den første metoden, trenger du en kobberspiral med en tykkelse på minst 1 mm, den er plassert i saken. Det kan være en tank av passende størrelse. Etter installasjon sveises tanken og de nødvendige gjengeforbindelsene lages.

Kraft og effektivitet

Hvis effektiviteten til geotermiske og vannvarmepumper praktisk talt ikke avhenger av sesongen, er situasjonen en annen med luftvarmepumper. Ytelsen avhenger direkte av utetemperaturen, jo kaldere den er, jo lavere COP (effektivitet).

Mange tror at hvor mye varme den kan produsere avhenger av kraften til en varmepumpe, men dette er ikke tilfelle. Det karakteriserer energiforbruket, og mengden generert varme avhenger av effektiviteten. Følgelig - fra lufttemperaturen utenfor huset.

Den siste delen av arbeidet

Uansett, i siste fase, må du ansette en spesialist. Det er en kunnskapsrik person som må lodde kobberrør, pumpe freon, og også starte kompressoren for første gang. Etter å ha samlet hele strukturen, er den koblet til det interne varmesystemet. Utendørskretsen er installert sist, og dens funksjoner avhenger av typen varmepumpe som brukes.

Ikke overse et så viktig poeng som å erstatte utdaterte eller skadede ledninger i huset. Eksperter anbefaler å installere en meter med en kapasitet på minst 40 ampere, noe som bør være ganske nok for drift av en varmepumpe.Det vil ikke være overflødig å merke seg at i noen tilfeller ikke slikt utstyr lever opp til forventningene. Dette skyldes spesielt unøyaktige termodynamiske beregninger. For at det ikke skal skje at du brukte mye penger på oppvarming, og om vinteren måtte du installere en kullkjele, kontakt pålitelige organisasjoner med positive anmeldelser.

Sikkerhet og miljøvennlighet fremfor alt

Oppvarming med pumpene beskrevet i denne artikkelen er en av de mest miljøvennlige metodene. Dette skyldes hovedsakelig reduksjon av utslipp av karbondioksid i atmosfæren, samt bevaring av ikke-fornybare energiressurser. Forresten, i vårt tilfelle brukes fornybare ressurser, så det er ikke nødvendig å være redd for at varmen plutselig vil ta slutt. Takket være bruken av et stoff som koker ved lave temperaturer, ble det mulig å realisere den omvendte termodynamiske syklusen og med mindre energi få en tilstrekkelig mengde varme inn i huset. Når det gjelder brannsikkerhet, så er alt klart. Det er ingen mulighet for lekkasje av gass eller fyringsolje, eksplosjon, ingen farlige steder for lagring av brennbare materialer og mye mer. I denne forbindelse er varmepumper veldig gode.