Alt er sant om varmepumper. Vann-til-vann varmepumper: enhet, driftsprinsipp, installasjon og beregningsregler Driftsprinsipp for varmepumper

En varmepumpe er en universell enhet som funksjonelt kombinerer egenskapene til et klimaanlegg, varmtvannsbereder og varmekjele. Denne enheten bruker ikke konvensjonelt drivstoff dens drift krever fornybare kilder fra miljøet - energi fra luft, jord, vann.

Derfor er en varmepumpe i dag den mest kostnadseffektive enheten, siden driften ikke er avhengig av drivstoffkostnaden, og er også miljøvennlig, siden varmekilden ikke er elektrisitet eller forbrenningsprodukter, men naturlige varmekilder.

For bedre å forstå hvordan en varmepumpe fungerer for oppvarming av et hjem, er det verdt å huske prinsippet om drift av et kjøleskap. Her fordamper arbeidsstoffet og frigjør kulde. I pumpen, tvert imot, kondenserer den og produserer varme.

Arbeidsprinsippet til en varmepumpe

Hele prosessen med systemet presenteres i form av en Carnot-syklus - oppkalt etter oppfinneren. Det kan beskrives som følger. Kjølevæsken passerer gjennom arbeidskretsen - luft, jord, vann og deres kombinasjoner , hvorfra den sendes til 1. varmeveksler - fordampningskammeret. Her overfører den den akkumulerte varmen til kjølemediet som sirkulerer i pumpens indre krets.

Driftsprinsippet til en varmepumpe til hjemmet

Det flytende kjølemediet kommer inn i fordampningskammeret, hvor lavt trykk og temperatur (5 0 C) forvandler det til en gassform. Det neste trinnet er overføringen av gass til kompressoren og dens kompresjon. Som et resultat øker temperaturen på gassen kraftig, gassen går inn i kondensatoren, her utveksler den varme med varmesystemet. Den avkjølte gassen blir til væske og syklusen gjentas.

Fordeler og ulemper med varmepumper

Driften av varmepumper for oppvarming av bolig kan styres ved hjelp av spesialinstallerte termostater. Pumpen slås automatisk på når mediumtemperaturen faller under en innstilt verdi og slås av hvis temperaturen overskrider et settpunkt. Dermed opprettholder enheten en konstant temperatur i rommet - dette er en av fordelene med enhetene.

Fordelene med enheten er effektiviteten - pumpen bruker en liten mengde strøm og miljøvennlighet, eller absolutt sikkerhet for miljøet. Hovedfordelene med enheten:

Pålitelighet. Levetiden overstiger 15 år, alle deler av systemet har høy levetid, energisvingninger skader ikke systemet.
Sikkerhet. Det er ingen sot, eksos, åpen flamme, gasslekkasje er utelukket.
Komfort. Driften av pumpen er stillegående, hygge og komfort i huset er med på å skape klimakontroll og automatisk system, hvis drift avhenger av værforholdene.
Fleksibilitet. Enheten har et moderne, stilig design og kan kombineres med ethvert hjemmevarmesystem.
Allsidighet. Brukes privat sivilingeniør. Fordi den har et bredt effektområde. På grunn av dette kan den gi varme til rom i alle størrelser - fra stort hus til hytta.

Den komplekse strukturen til pumpen definerer den største ulempen– høye kostnader for utstyr og installasjon. For å installere enheten er det nødvendig å utføre gravearbeid i store volumer.

Varmepumper - klassifisering

Driften av en varmepumpe for oppvarming av et hus er mulig i et bredt temperaturområde - fra -30 til +35 grader Celsius. De vanligste enhetene er absorpsjon (overføring av varme gjennom kilden) og kompresjon (sirkulasjon av arbeidsvæsken oppstår på grunn av elektrisitet). Absorpsjonsenheter er de mest økonomiske, men de er dyrere og har en kompleks design.

Klassifisering av pumper etter type varmekilde:

Geotermisk. De tar bort varmen fra vann eller jord.
Luftbåren. De tar bort varme fra den atmosfæriske luften.
Sekundær varme. De tar bort den såkalte industrielle varmen - generert under produksjon, oppvarming og andre industrielle prosesser.

Kjølevæsken kan være:

Vann fra et kunstig eller naturlig reservoar, grunnvann.
Grunning.
Luftmasser.
Kombinasjoner av de ovennevnte mediene.

Geotermisk pumpe - prinsipper for design og drift

En geotermisk pumpe for oppvarming av et hus bruker varmen fra bakken, som den velger med vertikale sonder eller en horisontal kollektor. Sondene er plassert på en dybde på opptil 70 meter, sonden er plassert i kort avstand fra overflaten. Denne typen enhet er den mest effektive fordi varmekilden har en ganske høy, konstant temperatur gjennom hele året. Derfor er det nødvendig å bruke mindre energi på å transportere varme.

Slikt utstyr krever høye installasjonskostnader. Kostnaden for å bore brønner er høy. I tillegg må arealet som er tildelt for samleren være flere ganger større enn arealet til det oppvarmede huset eller hytta. Viktig å huske: landet der samleren er plassert kan ikke brukes til å plante grønnsaker eller frukttrær - plantenes røtter vil bli superkjølt.

Bruker vann som varmekilde

En vannmasse er en kilde til store mengder varme. For pumpen kan du bruke ikke-frysende reservoarer fra 3 meters dyp eller grunnvann hvis høy level. Systemet kan implementeres som følger: varmevekslerrøret, tynget med en belastning på 5 kg per 1 lineær meter, legges på bunnen av reservoaret. Lengden på røret avhenger av opptakene av huset. For et rom på 100 kvm. Optimal rørlengde er 300 meter.

Ved bruk av grunnvann er det nødvendig å bore to brønner, plassert etter hverandre i retning av grunnvannet. En pumpe er plassert i den første brønnen som leverer vann til varmeveksleren. Avkjølt vann strømmer inn i den andre brønnen. Dette er den såkalte åpen varmeoppsamlingskrets. Dens største ulempe er at grunnvannstanden er ustabil og kan variere betydelig.

Luft er den mest tilgjengelige varmekilden

Når luft brukes som varmekilde, er varmeveksleren en radiator, tvunget blåst av en vifte. Hvis en varmepumpe brukes til å varme opp et hus ved hjelp av et luft-til-vann-system, får brukeren følgende fordeler:

Mulighet for å varme opp hele huset. Vann, som fungerer som kjølevæske, distribueres gjennom varmeapparater.
Med minimale energikostnader er det mulig å gi beboerne varmtvannsforsyning. Dette er mulig på grunn av tilstedeværelsen av en ekstra varmeisolert varmeveksler med lagertank.
Pumper av lignende type kan brukes til å varme opp vann i svømmebassenger.

Hvis pumpen fungerer på et luft-til-luft-system, brukes ikke kjølevæsken til å varme opp rommet. Oppvarming utføres ved å bruke den mottatte termiske energien. Et eksempel på implementeringen av en slik ordning vil være et konvensjonelt klimaanlegg satt til oppvarmingsmodus. I dag er alle enheter som bruker luft som varmekilde inverterbasert. I dem konverteres vekselstrøm til likestrøm, noe som gir fleksibel kontroll av kompressoren og dens drift uten å stoppe. Og dette øker ressursen til enheten.

Varmepumpe - et alternativt hjemmevarmesystem

Varmepumper– et alternativ til moderne varmesystemer. De er økonomiske, miljøvennlige og trygge å bruke. Imidlertid tillater ikke de høye kostnadene for installasjonsarbeid og utstyr i dag at enhetene kan brukes overalt. Nå vet du hvordan en varmepumpe fungerer for å varme opp et hus, og etter å ha beregnet alle fordeler og ulemper, kan du bestemme om du vil installere den.

På slutten av 1800-tallet, kraftig kjøleenheter, som kunne pumpe minst dobbelt så mye varme som det ble brukt på å drive dem. Det var et sjokk, for formelt sett viste det seg at en termisk evighetsmaskin var mulig! Men ved nærmere undersøkelse viste det seg at evig bevegelse fortsatt er langt unna, og lavgradig varme produsert ved hjelp av en varmepumpe og høyverdig varme oppnådd for eksempel ved å brenne drivstoff er to store forskjeller. Riktignok ble den tilsvarende formuleringen av det andre prinsippet noe modifisert. Så hva er varmepumper? I et nøtteskall er en varmepumpe et moderne og høyteknologisk apparat for oppvarming og klimaanlegg. Varmepumpe samler varme fra gaten eller fra bakken og leder den inn i huset.

Arbeidsprinsippet til en varmepumpe

Arbeidsprinsippet til en varmepumpe er enkel: på grunn av mekanisk arbeid eller andre typer energi, sikrer den konsentrasjonen av varme, tidligere jevnt fordelt over et visst volum, i en del av dette volumet. I den andre delen dannes følgelig et varmeunderskudd, det vil si kaldt.

Historisk sett begynte varmepumper først å bli mye brukt som kjøleskap - i hovedsak er ethvert kjøleskap en varmepumpe som pumper varme fra kjølekammeret til utsiden (inn i rommet eller utenfor). Det er fortsatt ikke noe alternativ til disse enhetene, og med all variasjonen av moderne kjøleteknologi forblir grunnprinsippet det samme: pumpe ut varme fra kjølekammeret ved å bruke ekstra ekstern energi.

Naturligvis la vi nesten umiddelbart merke til at den merkbare oppvarmingen av kondensatorvarmeveksleren (i et husholdningskjøleskap er det vanligvis laget i form svart panel eller gitter på bakveggen av skapet) kan også brukes til oppvarming. Dette var allerede ideen om en varmeovn basert på en varmepumpe i sin moderne form - et kjøleskap i revers, når varme pumpes inn i et lukket volum (rom) fra et ubegrenset eksternt volum (fra gaten). Men på dette området har varmepumpen mange konkurrenter - fra tradisjonelle vedovner og peiser til alle slags moderne varmesystemer. Derfor, mens drivstoff var relativt billig, ble denne ideen i mange år sett på som ikke annet enn en kuriositet - i de fleste tilfeller var den absolutt ulønnsom økonomisk, og bare ekstremt sjelden var slik bruk rettferdiggjort - vanligvis for å gjenvinne varme pumpet ut av kraftig kjøling enheter i land med ikke for kaldt klima. Og først med den raske økningen i energiprisene, komplikasjonen og økningen i prisen på varmeutstyr og den relative reduksjonen i produksjonskostnadene for varmepumper på denne bakgrunn, blir en slik idé økonomisk lønnsom i seg selv - tross alt, etter å ha betalt en gang for en ganske kompleks og kostbar installasjon, så vil det være mulig å stadig spare ved redusert drivstofforbruk. Varmepumper er grunnlaget for de stadig mer populære ideene om kraftvarme - samtidig produksjon av varme og kulde - og trigenerering - produksjon av varme, kulde og elektrisitet på en gang.

Siden varmepumpen er essensen av enhver kjøleenhet, kan vi si at konseptet "kjølemaskin" er pseudonymet. Riktignok bør det huskes at til tross for universaliteten til driftsprinsippene som brukes, er designene til kjølemaskiner fortsatt fokusert spesifikt på å produsere kulde, ikke varme - for eksempel er den genererte kulden konsentrert på ett sted, og den resulterende varmen kan spres i flere forskjellige deler installasjon, for i et vanlig kjøleskap er ikke oppgaven å utnytte denne varmen, men rett og slett å kvitte seg med den.

Varmepumpeklasser

For tiden er to klasser varmepumper mest brukt. Den ene klassen inkluderer termoelektriske som bruker Peltier-effekten, og den andre inkluderer evaporative, som igjen er delt inn i mekaniske kompressorer (stempel eller turbin) og absorpsjon (diffusjon). I tillegg kommer interessen for bruk av virvelrør, der Ranque-effekten virker, ettersom varmepumper gradvis øker.

Varmepumper basert på Peltier-effekten

Peltier element

Peltier-effekten er at når en liten konstant spenning påføres to sider av en spesiallaget halvlederskive, varmes den ene siden av denne skiven opp og den andre avkjøles. Så i utgangspunktet er den termoelektriske varmepumpen klar!

Den fysiske essensen av effekten er som følger. En Peltier-elementplate (også kjent som et "termoelektrisk element", engelsk Thermoelectric Cooler, TEC) består av to lag med halvleder med forskjellige elektronenerginivåer i ledningsbåndet. Når et elektron beveger seg under påvirkning av en ekstern spenning til et ledningsbånd med høyere energi til en annen halvleder, må det tilegne seg energi. Når den mottar denne energien, avkjøles kontaktpunktet mellom halvlederne (når strømmen flyter i motsatt retning, oppstår den motsatte effekten - kontaktpunktet mellom lagene varmes opp i tillegg til den vanlige ohmske oppvarmingen).

Fordeler med Peltier-elementer

Fordelen med Peltier-elementer er den maksimale enkelheten i designen deres (hva kan være enklere enn en plate som to ledninger er loddet til?) og det fullstendige fraværet av bevegelige deler, samt interne strømmer av væsker eller gasser. Konsekvensen av dette er absolutt stille drift, kompakthet, fullstendig likegyldighet til romlig orientering (forutsatt tilstrekkelig varmeavledning er sikret) og svært høy motstand mot vibrasjon og støtbelastninger. Og driftsspenningen er bare noen få volt, så noen få batterier eller et bilbatteri er nok for drift.

Ulemper med Peltier-elementer

Den største ulempen med termoelektriske elementer er deres relativt lave effektivitet - omtrentlig kan vi anta at de per enhet pumpet varme vil kreve dobbelt så mye ekstern energi tilført. Det vil si at ved å tilføre 1 J elektrisk energi kan vi fjerne bare 0,5 J varme fra det avkjølte området. Det er klart at hele den totale 1,5 J vil frigjøres på den "varme" siden av Peltier-elementet og må viderekobles til det ytre miljøet. Dette er mange ganger lavere enn effektiviteten tiler.

På bakgrunn av en så lav effektivitet er de gjenværende ulempene vanligvis ikke så viktige - og dette er en lav spesifikk produktivitet kombinert med en høy spesifikk kostnad.

Bruk av Peltier-elementer

I samsvar med deres egenskaper er hovedbruksområdet for Peltier-elementer for tiden vanligvis begrenset til tilfeller der det er nødvendig å avkjøle noe som ikke er veldig kraftig, spesielt under forhold med sterk risting og vibrasjon og med strenge restriksjoner på vekt og dimensjoner, - for eksempel ulike komponenter og deler av elektronisk utstyr, primært militær-, luftfarts- og romutstyr. Den kanskje mest utbredte bruken av Peltier-elementer i hverdagen er i bærbare bilkjøleskap med lav effekt (5..30 W).

Fordampende kompresjonsvarmepumper

Driftssyklusdiagram fore

Driftsprinsippet til denne klassen varmepumper er som følgende. Det gassformige (helt eller delvis) kjølemediet komprimeres av en kompressor til et trykk der det kan bli til en væske. Naturligvis varmes dette opp. Det oppvarmede komprimerte kjølemediet tilføres kondensatorradiatoren, hvor det avkjøles til omgivelsestemperatur, og frigjør overskuddsvarme til det. Dette er varmesonen (bakvegg kjøkken kjøleskap). Hvis ved kondensatorinnløpet en betydelig del av det komprimerte varme kjølemediet fortsatt forble i form av damp, så kondenserer det også når temperaturen synker under varmeveksling og blir til flytende tilstand. Det relativt avkjølte flytende kjølemediet tilføres til ekspansjonskammeret, hvor det, når det passerer gjennom en gasspjeld eller ekspander, mister trykk, ekspanderer og fordamper, i det minste delvis omdannes til gassform, og følgelig avkjøles - betydelig under omgivelsestemperaturen og selv under temperaturen i varmepumpens kjølesone. Passerer gjennom kanalene til fordamperpanelet, fjerner den kalde blandingen av væske og dampkjølevæske varme fra kjølesonen. På grunn av denne varmen fortsetter den gjenværende flytende delen av kjølemediet å fordampe, og opprettholder en konsekvent lav fordampertemperatur og sikrer effektiv varmefjerning. Etter dette når kjølemediet i form av damp innløpet til kompressoren, som pumper det ut og komprimerer det igjen. Så gjentar alt seg på nytt.

Således, i den "varme" delen av kompressor-kondensator-gasspaken, er kjølemediet under høyt trykk og hovedsakelig i flytende tilstand, og i den "kalde" delen av gasspjeld-fordamper-kompressoren er trykket lavt, og kjølemediet er hovedsakelig i damptilstand. Både kompresjon og vakuum skapes av samme kompressor. På siden av kanalen motsatt av kompressoren, den høye og lavtrykk skiller gassen som begrenser strømmen av kjølemiddel.

Kraftige industrielle kjøleskap bruker giftig, men effektiv ammoniakk som kjølemiddel, kraftige turboladere og noen ganger utvidere. I husholdningskjøleskap og klimaanlegg er kjølemediet vanligvis tryggere freoner, og i stedet for turboenheter brukes de stempelkompressorer og "kapillærrør" (chokes).

I generell sak en endring i aggregeringstilstanden til kjølemediet er ikke nødvendig - prinsippet vil også fungere for et konstant gassformig kjølemiddel - men den store endringsvarmen i aggregeringstilstanden øker effektiviteten til driftssyklusen kraftig. Men hvis kjølemediet er i flytende form hele tiden, vil det ikke være noen fundamental effekt - tross alt er væsken praktisk talt inkompressibel, og derfor vil verken økning eller fjerning av trykket endre temperaturen.

Choker og utvidere

Begrepene "gass" og "ekspander" som gjentatte ganger brukes på denne siden betyr vanligvis lite for folk som er langt fra kjøleteknologi. Derfor bør det sies noen få ord om disse enhetene og hovedforskjellen mellom dem.

I teknologi er en gass en enhet designet for å normalisere flyten ved å kraftig begrense den. I elektroteknikk er dette navnet tildelt spoler designet for å begrense strømstigningshastigheten og brukes vanligvis for å beskytte elektriske kretser mot impulsstøy. I hydraulikk kalles struper vanligvis strømningsbegrensere, som er spesiallagde innsnevringer av kanalen med en nøyaktig beregnet (kalibrert) klaring som gir ønsket strømning eller nødvendig strømningsmotstand. Et klassisk eksempel på slike choker er jetfly, som ble mye brukt i forgassermotorer for å sikre den beregnede strømmen av bensin under tilberedningen av drivstoffblandingen. Gassventilen i de samme forgasserne normaliserte luftstrømmen - den andre nødvendige ingrediensen i denne blandingen.

I kjøleteknikk brukes en gasspjeld for å begrense strømmen av kjølemiddel inn i ekspansjonskammeret og opprettholde forholdene som er nødvendige for effektiv fordampning og adiabatisk ekspansjon. For mye strømning kan generelt føre til at ekspansjonskammeret blir fylt med kjølemiddel (kompressoren vil rett og slett ikke ha tid til å pumpe den ut) eller i det minste til tap av nødvendig vakuum der. Men det er fordampningen av det flytende kjølemediet og den adiabatiske ekspansjonen av dampen som sikrer at kjølemiddeltemperaturen faller under omgivelsestemperaturen som er nødvendig for driften av kjøleskapet.

Driftsprinsipper for en gass (venstre), stempelekspander (midt) og turboekspander (venstre).

I ekspanderen er ekspansjonskammeret noe modernisert. I den utfører det fordampende og ekspanderende kjølemediet i tillegg mekanisk arbeid, flytte stempelet som er plassert der eller rotere turbinen. I dette tilfellet kan kjølemiddelstrømmen begrenses på grunn av motstanden til stempelet eller turbinhjulet, selv om dette i virkeligheten vanligvis krever svært nøye valg og koordinering av alle systemparametere. Derfor, når du bruker ekspandere, kan hovedstrømrasjoneringen utføres med en strupe (kalibrert innsnevring av tilførselskanalen for flytende kjølemiddel).

En turbokspander er effektiv bare ved høye strømninger av arbeidsfluidet ved lave strømninger er dens effektivitet nær konvensjonell struping. En stempelekspander kan fungere effektivt med en mye lavere strømningshastighet av arbeidsvæsken, men dens design er en størrelsesorden mer kompleks enn en turbin: i tillegg til selve stempelet med alle nødvendige føringer, tetninger og retursystem, inntak og eksosventiler med riktig ledelse.

Fordelen med en ekspander fremfor en gasspjeld er mer effektiv kjøling på grunn av det faktum at en del av den termiske energien til kjølemediet omdannes til mekanisk arbeid og i denne formen fjernes fra den termiske syklusen. Dessuten kan dette arbeidet utnyttes godt, for eksempel til å drive pumper og kompressorer, slik det gjøres i Zysin-kjøleskapet. Men en enkel gassspjeld har en absolutt primitiv design og inneholder ikke en eneste bevegelig del, og derfor når det gjelder pålitelighet, holdbarhet, samt enkelhet og produksjonskostnad, etterlater den utvideren langt bak. Det er disse grunnene som vanligvis begrenser bruksomfanget av ekspandere til kraftig kryogent utstyr, og i husholdningskjøleskap brukes mindre effektive, men praktisk talt evige choker, kalt "kapillærrør" der og representerer et enkelt kobberrør med tilstrekkelig lang lengde med en klaring av liten diameter (vanligvis fra 0,6 til 2 mm), som gir den nødvendige hydrauliske motstanden for den beregnede kjølemiddelstrømmen.

Fordeler med kompresjonsvarmepumper

Hovedfordelen med denne typen varmepumper er dens høye effektivitet, den høyeste blant moderne varmepumper. Forholdet mellom eksternt tilført og pumpet energi kan komme opp i 1:3 - det vil si at for hver tilført joule energi vil det pumpes ut 3 J varme fra kjølesonen - sammenlign med 0,5 J for Pelte-elementer! I dette tilfellet kan kompressoren stå separat, og varmen den genererer (1 J) må ikke fjernes til det ytre miljøet på samme sted hvor det frigjøres 3 J varme, pumpet ut fra kjølesonen.

Forresten, det er en teori om termodynamiske fenomener som skiller seg fra den allment aksepterte, men som er veldig interessant og overbevisende. Så en av konklusjonene er at arbeidet med å komprimere en gass i prinsippet bare kan utgjøre omtrent 30% av dens totale energi. Dette betyr at forholdet mellom tilført og pumpet energi på 1:3 tilsvarer den teoretiske grensen og kan i prinsippet ikke forbedres ved bruk av termodynamiske metoder for varmepumping. Noen produsenter hevder imidlertid allerede å oppnå et forhold på 1:5 og til og med 1:6, og dette er sant - tross alt, i virkelige kjølesykluser brukes ikke bare komprimering av det gassformige kjølemediet, men også en endring i dets aggregeringstilstand, og det er sistnevnte prosess som er den viktigste.. .

Ulemper med kompresjonsvarmepumper

Ulempene med disse varmepumpene inkluderer for det første selve tilstedeværelsen av en kompressor, som uunngåelig skaper støy og er utsatt for slitasje, og for det andre behovet for å bruke et spesielt kjølemiddel og opprettholde absolutt tetthet langs hele arbeidsveien. Imidlertid er kompresjonskjøleskap for husholdninger som fungerer kontinuerlig i 20 år eller mer uten noen reparasjoner, slett ikke uvanlig. En annen funksjon er en ganske høy følsomhet for plassering i rommet. På siden eller opp ned er det usannsynlig at både kjøleskapet og klimaanlegget vil fungere. Men dette skyldes egenskapene til spesifikke design, og ikke det generelle operasjonsprinsippet.

Som regel er kompresjonsvarmepumper og kjøleaggregater konstruert med forventning om at alt kjølemedium ved kompressorinnløpet er i damptilstand. Derfor, hvis en stor mengde ufordampet flytende kjølemiddel kommer inn i kompressorinnløpet, kan det forårsake hydraulisk sjokk og som et resultat alvorlig skade på enheten. Årsaken til denne situasjonen kan enten være utstyrsslitasje eller for lav kondensatortemperatur - kjølemediet som kommer inn i fordamperen er for kaldt og fordamper for tregt. For et vanlig kjøleskap kan denne situasjonen oppstå hvis du prøver å slå det på i et veldig kaldt rom (for eksempel ved en temperatur på ca. 0°C og lavere) eller hvis det nettopp har blitt brakt inn i et normalt rom fra kulde . For en kompresjonsvarmepumpe som opererer for oppvarming kan dette skje hvis du prøver å varme opp et frossent rom med den, selv om det også er kaldt ute. Ikke veldig komplekse tekniske løsninger eliminerer denne faren, men de øker kostnadene for designet, og under normal drift av masseproduserte husholdningsapparater er det ikke behov for dem - slike situasjoner oppstår ikke.

Bruker kompresjonsvarmepumper

På grunn av sin høye effektivitet har denne spesielle typen varmepumpe blitt nesten universelt utbredt, og fortrengt alle andre til ulike eksotiske bruksområder. Og selv den relative kompleksiteten til designet og dens følsomhet for skader kan ikke begrense deres utbredte bruk - nesten hvert kjøkken har et kompresjonskjøleskap eller -fryser, eller til og med mer enn ett!

Fordampende absorpsjon (diffusjon) varmepumper

Driftssyklus for fordamperen absorpsjonsvarmepumper er svært lik driftssyklusen til fordampningskompresjonsenheter diskutert rett ovenfor. Hovedforskjellen er at hvis i det forrige tilfellet vakuumet som er nødvendig for fordampning av kjølemediet skapes ved mekanisk sug av damper av en kompressor, strømmer det fordampede kjølemediet i absorpsjonsenheter fra fordamperen inn i absorberblokken, hvor det absorberes ( absorbert) av et annet stoff - absorbenten. Dermed fjernes damp fra volumet til fordamperen og vakuumet gjenopprettes der, noe som sikrer fordampning av nye deler av kjølemediet. En nødvendig betingelse"Affiniteten" til kjølemediet og absorbenten er slik at kreftene ved deres binding under absorpsjon kan skape et betydelig vakuum i fordamperens volum. Historisk sett er det første og fortsatt mye brukte stoffparet ammoniakk NH3 (kjølemiddel) og vann (absorberende). Når den absorberes, løses ammoniakkdampen opp i vann, og trenger inn (diffunderer) inn i tykkelsen. Fra denne prosessen kom de alternative navnene på slike varmepumper - diffusjon eller absorpsjon-diffusjon.
For å separere kjølemediet (ammoniakk) og absorbenten (vann), varmes den brukte ammoniakkrike vann-ammoniakkblandingen opp i desorberen av en ekstern termisk energikilde inntil den koker, deretter avkjøles den noe. Vann kondenserer først, men ved høye temperaturer umiddelbart etter kondensering kan det inneholde svært lite ammoniakk, så det meste av ammoniakken forblir i form av damp. Her separeres den trykksatte væskefraksjonen (vann) og gassfraksjonen (ammoniakk) og avkjøles separat til omgivelsestemperatur. Avkjølt vann med lavt ammoniakkinnhold sendes til absorberen, og ved avkjøling i kondensatoren blir ammoniakken flytende og kommer inn i fordamperen. Der synker trykket og ammoniakken fordamper, igjen avkjøler fordamperen og tar varme utenfra. Deretter blir ammoniakkdampen rekombinert med vann, fjerner overflødig ammoniakkdamp fra fordamperen og opprettholder et lavt trykk der. Den ammoniakkanrikede løsningen sendes igjen til desorberen for separering. I prinsippet, for desorpsjon av ammoniakk er det ikke nødvendig å koke løsningen, det er bare å varme den nær kokepunktet, og "overflødig" ammoniakk vil fordampe fra vannet. Men koking gjør at separasjonen kan utføres raskest og mest effektivt. Kvaliteten på slik separasjon er hovedbetingelsen som bestemmer vakuumet i fordamperen, og derfor effektiviteten til absorpsjonsenheten, og mange triks i designet er rettet nettopp mot dette. Som et resultat, når det gjelder organisering og antall stadier av driftssyklusen, er absorpsjons-diffusjonsvarmepumper kanskje den mest komplekse av alle vanlige typer lignende utstyr.

"Høydepunktet" av driftsprinsippet er at det bruker oppvarming av arbeidsvæsken (opp til den koker) for å produsere kulde. I dette tilfellet er typen varmekilde ikke viktig - det kan til og med være åpen ild (brennerflamme), så bruk av elektrisitet er ikke nødvendig. For å skape den nødvendige trykkforskjellen som forårsaker bevegelsen av arbeidsvæsken, kan mekaniske pumper noen ganger brukes (vanligvis i kraftige installasjoner med store mengder arbeidsvæske), og noen ganger, spesielt i husholdningskjøleskap, elementer uten bevegelige deler (termosifoner) .

Absorpsjonsdiffusjonskjøleenhet (ADHA) til Morozko-ZM-kjøleskapet. 1 - varmeveksler; 2 - innsamling av løsninger; 3 - hydrogenbatteri; 4 - absorber; 5 - regenerativ gass varmeveksler; 6 - tilbakeløpskondensator ("dehydrator"); 7 - kondensator; 8 - fordamper; 9 - generator; 10 - termosifon; 11 - regenerator; 12 - svake oppløsningsrør; 13 - damprør; 14 - elektrisk varmer; 15 - termisk isolasjon.

De første absorpsjonskjølemaskinene (ABRM) som brukte en ammoniakk-vannblanding dukket opp i andre halvdel av 1800-tallet. De ble ikke mye brukt i hverdagen på grunn av giftigheten til ammoniakk, men ble veldig mye brukt i industrien, og ga nedkjøling til –45°C. I ett-trinns ABCM er den maksimale kjølekapasiteten teoretisk lik mengden varme som brukes på oppvarming (i virkeligheten er den selvfølgelig merkbart mindre). Det var dette faktum som forsterket tilliten til forsvarerne for selve formuleringen av termodynamikkens andre lov, som ble diskutert på begynnelsen av denne siden. Imidlertid har absorpsjonsvarmepumper nå overvunnet denne begrensningen. På 1950-tallet dukket det opp mer effektive totrinns (to kondensatorer eller to absorbere) litiumbromid ABHM (kjølemiddel - vann, absorbent - litiumbromid LiBr). Tre-trinns ABHM-varianter ble patentert i 1985-1993. Prototypene deres er 30–50 % mer effektive enn to-trinns og er nærmere masseproduserte modeller av kompresjonsenheter.

Fordeler med absorpsjonsvarmepumper

Den største fordelen med absorpsjonsvarmepumper er muligheten til å bruke ikke bare dyr elektrisitet til driften, men også enhver varmekilde med tilstrekkelig temperatur og kraft - overopphetet eller avfallsdamp, flammen av gass, bensin og andre brennere - til og med eksosgasser og gratis solenergi.

Den andre fordelen med disse enhetene, spesielt verdifulle i husholdningsapplikasjoner, er muligheten for å lage strukturer som ikke inneholder bevegelige deler, og som derfor er praktisk talt stille (i sovjetiske modeller av denne typen kunne du noen ganger høre en stille gurling eller en liten susing, men dette kan selvfølgelig ikke sammenlignes med støy fra en kompressor i drift).

Til slutt, i husholdningsmodeller arbeidsvæsken (vanligvis en vann-ammoniakkblanding med tilsetning av hydrogen eller helium) i volumene som brukes der, utgjør ikke noen stor fare for andre, selv ikke i tilfelle av en nødavlastning av arbeidsdelen (dette er ledsaget av en svært ubehagelig stank, så det er umulig å ikke legge merke til en sterk lekkasje, og et rom med nødenheten må forlate og ventilere "automatisk" ultralave konsentrasjoner av ammoniakk er naturlige og helt ufarlige). I industrielle installasjoner er volumene av ammoniakk store og konsentrasjonen av ammoniakk under lekkasjer kan være dødelig, men uansett regnes ammoniakk som miljøvennlig - det antas at det, i motsetning til freoner, ikke ødelegger ozonlag og forårsaker ikke drivhuseffekt.

Ulemper med absorpsjonsvarmepumper

Den største ulempen med denne typen varmepumper- Lavere effektivitet sammenlignet med kompresjon.

Den andre ulempen er kompleksiteten i utformingen av selve enheten og den ganske høye korrosjonsbelastningen fra arbeidsvæsken, som enten krever bruk av dyre og vanskelige å behandle korrosjonsbestandige materialer, eller reduserer enhetens levetid til 5. .7 år. Som et resultat er kostnadene for maskinvare merkbart høyere enn for kompresjonsenheter med samme ytelse (først og fremst gjelder dette kraftige industrielle enheter).

For det tredje er mange design svært kritiske for plassering under installasjon - spesielt noen modeller av husholdningskjøleskap krevde installasjon strengt horisontalt, og nektet å fungere selv om de avviket med noen få grader. Bruken av tvungen bevegelse av arbeidsvæsken ved hjelp av pumper lindrer i stor grad alvorlighetsgraden av dette problemet, men løfting med en stille termosifon og drenering ved hjelp av tyngdekraften krever svært nøye justering av enheten.

I motsetning til kompresjonsmaskiner er ikke absorpsjonsmaskiner så redde for for lave temperaturer - effektiviteten reduseres rett og slett. Men det er ikke for ingenting at jeg plasserte denne paragrafen i seksjonen med ulemper, fordi dette betyr ikke at de kan fungere i sterk kulde - i kulde vil en vandig løsning av ammoniakk ganske enkelt fryse, i motsetning til freoner som brukes i kompresjonsmaskiner, frysingen som vanligvis er under –100°C. Riktignok, hvis isen ikke bryter noe, vil absorpsjonsenheten fortsette å fungere etter tining, selv om den ikke har blitt koblet fra nettverket hele denne tiden - den har tross alt ikke mekaniske pumper og kompressorer, og oppvarmingen Strømmen i husholdningsmodeller er lav nok til å koke i området varmeren ikke ble for intens. Alt dette avhenger imidlertid av de spesifikke designfunksjonene...

Bruk av absorpsjonsvarmepumper

Til tross for den noe lavere effektiviteten og relativt høyere kostnadene sammenlignet med kompresjonsenheter, er bruken av absorpsjonsvarmemotorer absolutt berettiget der det ikke er elektrisitet eller der det er store mengder spillvarme (avfallsdamp, varm eksos eller røykgasser, etc. - opp til forsolar oppvarming). Spesielt produseres spesielle modeller av kjøleskap drevet av gassbrennere, beregnet for bilister og yachter.

For tiden i Europa gasskjeler noen ganger erstattet av absorpsjonsvarmepumper oppvarmet av gassbrenner eller fra diesel - de lar deg ikke bare utnytte forbrenningsvarmen av drivstoff, men også å "pumpe opp" ekstra varme fra gaten eller fra jordens dyp!

Som erfaring viser, er alternativer med elektrisk oppvarming også ganske konkurransedyktige i hverdagen, først og fremst i laveffektområdet - et sted fra 20 til 100 W. Lavere styrker er domenet til termoelektriske elementer, men ved høyere styrker er fordelene med kompresjonssystemer fortsatt ubestridelige. Spesielt blant de sovjetiske og postsovjetiske merkene av kjøleskap av denne typen, "Morozko", "Sever", "Kristall", "Kyiv" var populære med et typisk volum av kjølekammeret fra 30 til 140 liter, selv om det er også modeller med 260 liter ("Crystal-12"). Forresten, når man vurderer energiforbruket, er det verdt å ta hensyn til det faktum at kompresjonskjøleskap nesten alltid fungerer i korttidsmodus, mens absorpsjonskjøleskap vanligvis fungerer mye mer langsiktig eller til og med jobbe kontinuerlig. Derfor, selv om den nominelle effekten til varmeren er mye mindre enn kraften til kompressoren, kan forholdet mellom gjennomsnittlig daglig energiforbruk være helt annerledes.

Vortex varmepumper

Vortex varmepumper Ranque-effekten brukes til å skille varm og kald luft. Essensen av effekten er at gass, tangentielt tilført et rør med høy hastighet, virvler og separeres inne i dette røret: avkjølt gass kan tas fra midten av røret, og oppvarmet gass fra periferien. Den samme effekten, om enn i mye mindre grad, gjelder også for væsker.

Fordeler med vortex varmepumper

Den største fordelen med denne typen varmepumpe er dens enkelhet i design og høy ytelse. Virvelrøret inneholder ikke bevegelige deler, og dette sikrer høy pålitelighet og lang levetid. Vibrasjon og plassering i rommet har praktisk talt ingen effekt på driften.

En kraftig luftstrøm forhindrer godt frysing, og effektiviteten til virvelrør avhenger lite av temperaturen på innløpsstrømmen. Det praktiske fraværet av grunnleggende temperaturbegrensninger forbundet med hypotermi, overoppheting eller frysing av arbeidsvæsken er også svært viktig.

I noen tilfeller spiller evnen til å oppnå rekordhøy temperaturseparasjon i ett trinn en rolle: i litteraturen er det gitt kjølingstall på 200° eller mer. Vanligvis avkjøler ett trinn luften med 50..80°C.

Ulemper med vortex varmepumper

Dessverre er effektiviteten til disse enhetene for tiden merkbart dårligere enn for fordampningskompresjonsenheter. I tillegg for effektivt arbeid de krever en høy strømningshastighet av arbeidsfluidet. Maksimal effektivitet noteres ved en inngangsstrøm lik 40..50 % av lydhastigheten - en slik strømning i seg selv skaper mye støy, og krever i tillegg en produktiv og kraftig kompressor - enheten er heller på ingen måte stille og ganske lunefull.

Mangelen på en allment akseptert teori om dette fenomenet, egnet for praktisk ingeniørbruk, gjør utformingen av slike enheter til en stort sett empirisk øvelse, der resultatet avhenger sterkt av flaks: "rett eller galt." Mer eller mindre pålitelige resultater oppnås bare ved å reprodusere allerede opprettede vellykkede prøver, og resultatene av forsøk på å endre visse parametere betydelig er ikke alltid forutsigbare og ser noen ganger paradoksale ut.

Bruker vortex varmepumper

Imidlertid utvides bruken av slike enheter for tiden. De er begrunnet først og fremst der det allerede er gass under trykk, samt i ulike brann- og eksplosive industrier- å tilføre en luftstrøm under trykk til et farlig område er tross alt ofte mye tryggere og billigere enn å kjøre beskyttede elektriske ledninger der og installere spesialdesignede elektriske motorer.

Effektivitetsgrenser for varmepumpe

Hvorfor er varmepumper fortsatt ikke mye brukt til oppvarming (kanskje den eneste relativt vanlige klassen av slike enheter er klimaanlegg med invertere)? Det er flere årsaker til dette, og i tillegg til de subjektive som er knyttet til mangel på oppvarmingstradisjoner ved bruk av denne teknikken, finnes det også objektive, hvor de viktigste er frysing av kjøleribben og et relativt smalt temperaturområde for effektiv drift.

I virvelinstallasjoner (primært gass) er det vanligvis ingen problemer med overkjøling og frysing. De bruker ikke en endring i den samlede tilstanden til arbeidsvæsken, og en kraftig luftstrøm utfører funksjonene til "No Frost" -systemet. Imidlertid er effektiviteten mye mindre enn for fordampningsvarmepumper.

Hypotermi

I fordampningsvarmepumper sikres høy effektivitet ved å endre aggregeringstilstanden til arbeidsvæsken - overgangen fra væske til gass og tilbake. Følgelig er denne prosessen mulig i et relativt smalt temperaturområde. Ved for høye temperaturer vil arbeidsvæsken alltid forbli gassformet, og ved for lave temperaturer vil den fordampe med store vanskeligheter eller til og med fryse. Som et resultat, når temperaturen går utover det optimale området, blir den mest energieffektive faseovergangen vanskelig eller helt utelukket fra driftssyklusen, og effektiviteten til kompresjonsenheten synker betydelig, og hvis kjølemediet forblir konstant flytende, vil ikke fungere i det hele tatt.

Fryser

Varmeavtrekk fra luft

Selv om temperaturen på alle varmepumpeenhetene holder seg innenfor det nødvendige området, er varmeavtrekksenheten – fordamperen – alltid dekket av fuktighetsdråper som kondenserer fra den omgivende luften under drift. Men flytende vann renner fra det av seg selv, uten å forstyrre varmevekslingen spesielt. Når fordampertemperaturen blir for lav, fryser kondensatdråpene, og den nylig kondenserte fuktigheten blir umiddelbart til frost, som forblir på fordamperen, og danner gradvis en tykk snø "belegg" - dette er nøyaktig hva som skjer i fryseren til et vanlig kjøleskap . Som et resultat reduseres effektiviteten av varmeveksling betydelig, og da er det nødvendig å stoppe driften og avrime fordamperen. Som regel synker temperaturen i kjøleskapets fordamper med 25..50°C, og i klimaanlegg, på grunn av deres spesifikasjoner, er temperaturforskjellen mindre - 10..15°C Når man vet dette, blir det klart hvorfor de fleste klimaanlegg kan ikke justeres til en lavere temperatur +13..+17°С - denne terskelen er satt av deres designere for å unngå ising av fordamperen, fordi dens avrimingsmodus vanligvis ikke er gitt. Dette er også en av grunnene til at nesten alle klimaanlegg med invertermodus ikke fungerer selv ved ikke veldig høye temperaturer. negative temperaturer- først nylig har det begynt å dukke opp modeller som er designet for å fungere i temperaturer ned til –25°C. I de fleste tilfeller, allerede ved –5..–10°C, blir energikostnadene for avriming sammenlignbare med mengden varme som pumpes fra gaten, og pumping av varme fra gaten viser seg å være ineffektiv, spesielt hvis fuktigheten på utsiden luften er nær 100 % - da blir den utvendige kjøleribben spesielt raskt dekket med is.

Varmeutvinning fra jord og vann

I denne forbindelse har varme fra jordens dyp nylig blitt betraktet som en ikke-frysende kilde til "kald varme" for varmepumper. Dette betyr ikke oppvarmede lag av jordskorpen som ligger på mange kilometers dyp, eller til og med geotermiske vannkilder (selv om det, hvis du er heldig og de er i nærheten, ville være dumt å overse en slik skjebnegave). Dette refererer til den "vanlige" varmen til jordlag som ligger på en dybde på 5 til 50 meter. Som kjent har jorden på slike dyp i midtsonen en temperatur på ca +5°C, som endres svært lite gjennom året. I mer sørlige områder kan denne temperaturen nå +10°C og høyere. Således er temperaturforskjellen mellom en behagelig +25°C og bakken rundt kjøleribben meget stabil og overstiger ikke 20°C, uavhengig av frosten ute (det bør bemerkes at vanligvis temperaturen ved utløpet av varmen pumpen er +50..+60°C, men og en temperaturforskjell på 50°C er ganske gjennomførbart for varmepumper, inkludert moderne husholdningskjøleskap, som lett kan gi –18°C i fryseren ved romtemperaturer over +30° C).

Men hvis du begraver én kompakt, men kraftig varmeveksler, er det lite sannsynlig at du vil kunne oppnå ønsket effekt. I hovedsak fungerer varmeavtrekkeren i dette tilfellet som fordamperen til fryseren, og hvis det ikke er kraftig varmetilstrømning på stedet der den er plassert (geotermisk kilde eller underjordisk elv), vil den raskt fryse den omkringliggende jorda, som vil ende all varmepumping. Løsningen kan være å hente ut varme ikke fra ett punkt, men jevnt fra et stort underjordisk volum, men kostnadene ved å bygge en varmeavtrekker som dekker tusenvis av kubikkmeter jord på et betydelig dyp vil mest sannsynlig gjøre denne løsningen helt ulønnsom økonomisk. Et rimeligere alternativ er å bore flere brønner med intervaller på flere meter fra hverandre, slik det ble gjort i det eksperimentelle "aktive huset" nær Moskva, men dette er heller ikke billig - alle som har laget en brønn for vann kan uavhengig anslå kostnadene ved å lage et geotermisk felt på minst et dusin 30-meters brønner. I tillegg vil konstant varmeuttak, selv om det er mindre sterkt enn ved en kompakt varmeveksler, fortsatt redusere temperaturen på jorda rundt varmeavtrekkene sammenlignet med den originale. Dette vil føre til en reduksjon i effektiviteten til varmepumpen under dens langsiktige drift, og perioden med temperaturstabilisering på et nytt nivå kan ta flere år, hvor forholdene for varmeutvinning vil forverres. Du kan imidlertid prøve å delvis kompensere for vintervarmetapet ved å øke injeksjonen til dybden i sommervarmen. Men selv uten å ta hensyn til de ekstra energikostnadene for denne prosedyren, vil fordelen av den ikke være for stor - varmekapasiteten til en jordvarmeakkumulator av rimelig størrelse er ganske begrenset, og det vil tydeligvis ikke være nok for hele russeren vinter, selv om en slik tilførsel av varme fortsatt er bedre enn ingenting. I tillegg er nivået, volumet og strømningshastigheten til grunnvann av stor betydning her - rikelig fuktet jord med tilstrekkelig høy vannstrøm vil ikke tillate å lage "reserver for vinteren" - rennende vann vil ta med seg den pumpede varmen (selv en liten bevegelse av grunnvann med 1 meter per dag på bare en uke vil føre den lagrede varmen til side med 7 meter, og den vil være utenfor arbeidsplass varmeveksler). Riktignok vil den samme strømmen av grunnvann redusere graden av avkjøling av jorda om vinteren - nye deler av vann vil bringe ny varme mottatt bort fra varmeveksleren. Derfor, hvis det er en dyp innsjø i nærheten, stor dam eller en elv som aldri fryser til bunnen, så er det bedre å ikke grave jorda, men å plassere en relativt kompakt varmeveksler i et reservoar - i motsetning til stasjonær jord, selv i en stillestående dam eller innsjø, kan konveksjon av fritt vann gi en mye mer effektiv tilførsel av varme til varmevelgeren fra et betydelig volum av reservoaret. Men her er det nødvendig å sørge for at varmeveksleren under ingen omstendigheter overkjøles til frysepunktet for vann og ikke begynner å fryse is, siden forskjellen mellom konveksjonsvarmeoverføring i vann og varmeoverføringen til en isbelegg er enorm ( samtidig er den termiske ledningsevnen til frossen og ufrossen jord ofte ikke så sterkt forskjellig, og et forsøk på å bruke den enorme krystalliseringsvarmen av vann til fjerning av jordvarme under visse forhold kan rettferdiggjøres).

Driftsprinsipp for en jordvarmepumpe er basert på å samle varme fra jord eller vann og overføre den til byggets varmesystem. For å samle varme strømmer en frostvæske gjennom et rør som ligger i jorda eller vannmassen nær bygningen til varmepumpen. En varmepumpe, som et kjøleskap, kjøler en væske (fjerner varme), og væsken avkjøles med ca. 5 °C. Væsken strømmer igjen gjennom røret i den ytre jord eller vann, gjenoppretter temperaturen og går igjen inn i varmepumpen. Varmen som samles opp av varmepumpen overføres til varmesystemet og/eller til oppvarming av varmtvann.

Det er mulig å hente ut varme fra undergrunnsvann - undergrunnsvann med en temperatur på ca. 10 °C tilføres fra en brønn til en varmepumpe, som kjøler vannet til +1...+2 °C, og returnerer vannet under jorden. . Enhver gjenstand med en temperatur over minus to hundre og syttitre grader Celsius har termisk energi - den såkalte "absolutt null".

Det vil si at en varmepumpe kan ta varme fra en hvilken som helst gjenstand - jord, reservoar, is, stein osv. Hvis bygningen, for eksempel om sommeren, må kjøles (kondisjoneres), da omvendt prosess- varme tas fra bygget og slippes ut i bakken (reservoar). Den samme varmepumpen kan fungere til oppvarming om vinteren og til kjøling av bygget om sommeren. Åpenbart kan en varmepumpe varme opp vann for varmtvann til husholdningsbruk, klimaanlegg gjennom viftekonvektorer, varme et svømmebasseng, kjøle ned for eksempel en skøytebane, varme tak og isbaner...
Ett stykke utstyr kan utføre alle funksjonene til å varme og kjøle en bygning.

Blant hovedområdene for utvikling ingeniørutstyr for private husholdninger kan vi fremheve økt produktivitet med ergonomi og utvidet funksjonalitet. Samtidig tar utviklere i økende grad oppmerksomhet til energieffektivitet. teknisk utstyr kommunikasjonssystemer. Oppvarmingsinfrastruktur regnes som den dyreste, så selskaper viser spesiell interesse for måtene å tilby det. Blant de mest håndgripelige resultatene av arbeidet i denne retningen er luftvarmepumpen, som erstatter tradisjonelt varmeutstyr, økende

Egenskaper til varmeluftpumper

Hovedforskjellen er måten varmen genereres på. De fleste involverer bruk av tradisjonelle energikilder som kilde. Men når det gjelder luftpumper for både oppvarming og varmtvannsforsyning, forbrukes mesteparten av energien direkte fra naturressurser. Omtrent 20 % av det totale potensialet er allokert til forsyning fra konvensjonelle stasjoner. Altså luft termiske hus De bruker energi mer økonomisk og forårsaker mindre skade på miljøet. Det er bemerkelsesverdig at konseptuelle versjoner av pumpene ble utviklet for å forsyne kontorlokaler og bedrifter. Men senere dekket teknologiene også husholdningsutstyrssegmentet, slik at vanlige brukere kunne bruke lønnsomme kilder til termisk energi.

Prinsipp for operasjon

Hele arbeidsflyten er basert på sirkulasjonen av kjølemediet hentet fra kilden. Oppvarming skjer etter kondensering av luftstrømmer, som komprimeres i kompressoren. Deretter går kjølemediet i flytende tilstand direkte inn i varmesystemet. Nå kan vi se nærmere på prinsippet om kjølevæskesirkulasjon i pumpedesignet. I gassform sendes kjølemediet til en varmeveksler innelukket innendørs enhet. Der overfører den varme til rommet og blir til væske. På dette stadiet kommer mottakeren inn, som også tilføres luftvarmepumpen. Driftsprinsippet til standardversjonen av denne enheten forutsetter at i denne enheten vil væsken utveksle varme med kjølemediet, som har lavt trykk. Som et resultat av denne prosessen vil temperaturen på den dannede blandingen synke igjen, og væsken vil gå til utløpet av mottakeren. Når det gassformige kjølemediet passerer gjennom røret med redusert trykk i mottakeren, øker dets overoppheting, hvoretter det fyller kompressoren.

Spesifikasjoner

Grunnleggende teknisk indikator- dette er effekt, som for hjemmemodeller varierer fra 2,5 til 6 kW. Semi-industrielle kan også brukes i kommunikasjonsstøtte for private hjem dersom det kreves et effektpotensial på mer enn 10 kW. Når det gjelder størrelsen på pumpene, tilsvarer de tradisjonelle klimaanlegg. Dessuten kan de forveksles i utseende med et delt system. En standardblokk kan ha parametere på 90x50x35 cm. Vekten tilsvarer også typiske klimakontrollinnstillinger - i gjennomsnitt 40-60 kg. Sikkert, hovedspørsmålet gjelder området for temperaturer som dekkes. Siden luftkildevarmepumpen er fokusert på varmefunksjonen, anses den øvre grensen som mål og når et gjennomsnitt på 30-40 °C. Det finnes riktignok også versjoner med kombinerte funksjoner, som også avkjøler rommet.

Typer design

Det er flere konsepter for å generere varme ved hjelp av en luftpumpe. Som et resultat er designet skreddersydd spesifikt til behovene til en spesifikk generasjonsordning. Den mest populære modellen involverer samspillet mellom luftstrømmer og en vannbærer i ett system. Hovedklassifiseringen deler strukturer i henhold til typen organisering av funksjonelle blokker. Dermed er det en varmeluftpumpe i et monoblokkhus, og det er også modeller som sørger for at systemet kan bringes ut ved hjelp av et hjelpesegment. I det store og hele gjentar begge modellene prinsippet om drift av konvensjonelle klimaanlegg, bare funksjonene og ytelsen deres heves til et nytt nivå.

Anvendelse av moderne teknologi

Innovativ utvikling avgjorde i stor grad utviklingen av klassiske klimakontrollenheter. Spesielt bruker Mitsubishi en scrollkompressor med tofaset kjølemiddelinnsprøytning i sine modeller, som gjør at utstyret kan utføre sin funksjon uavhengig av temperaturforhold. Selv ved -15 °C viser varmeluftpumpen fra japanske utviklere en ytelse på opptil 80 %. I tillegg er de nyeste modellene utstyrt med nye kontrollsystemer, som sikrer mer praktisk, sikker og effektiv drift av installasjonene. Til tross for all teknologien til utstyret, gjenstår muligheten for integrering i tradisjonelle varmesystemer med kjeler og kjeler.

Lage luftpumper med egne hender

Først av alt må du kjøpe en kompressor for fremtidig installasjon. Den er festet i veggen og utfører funksjonen til utendørsenheten til et konvensjonelt delt system. Deretter er komplekset supplert med en kondensator, som du kan lage selv. Denne operasjonen krever en kobber "coil" ca 1 mm tykk, som deretter må legges i en plast eller metallkasse- for eksempel en tank eller tank. Det forberedte røret er viklet på en kjerne, som kan være en sylinder med dimensjoner som gjør at den kan integreres i tanken. Ved å bruke en perforert kan du danne svinger med like intervaller, noe som vil gjøre luften mer effektiv, og mange hjemmehåndverkere gjør dette med den påfølgende injeksjonen av freon, som vil fungere som et kjølemiddel. Lengre sammensatt struktur koblet til husets varmesystem via en ekstern krets.

I dag er temaet oppvarming av såkalt privat sektor ekstremt aktuelt. Som praksis viser, er det ikke alltid en gassrørledning der, så folk blir tvunget til å se etter alternative varmekilder. La oss i denne artikkelen snakke om hva en jordvarmepumpe er eller, som det heter i hverdagen, en varmepumpe. Driftsprinsippet til denne enheten er ikke kjent for alle, akkurat som designet. Vi vil prøve å ordne opp i disse tingene.

Hva trenger du å vite?

Du kan si at siden varmepumper er så effektive, hvorfor er de så lite utbredt. Hele poenget er de høye kostnadene for utstyr og installasjon. Det er av denne enkle grunnen at mange forlater denne beslutningen og velger for eksempel elektriske eller kullkjeler. Likevel bør ikke dette alternativet forkastes av mange grunner, som vi definitivt vil snakke om i denne artikkelen. Når de er installert, blir varmepumper svært økonomiske fordi de bruker jordenergi. En geotermisk pumpe er en 3 i 1 pumpe 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.

Driftsprinsipp for enheten

Driftsprinsippet til en varmepumpe for oppvarming er å bruke potensialforskjellen til termisk energi. Det er derfor slikt utstyr kan brukes i alle miljøer. Det viktigste er at temperaturen er minst 1 grad Celsius.

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

Kort om typene varmepumper

I dag er det flere populære design av geotermiske pumper. Men i alle fall kan deres operasjonsprinsipp sammenlignes med driften av kjøleutstyr. Det er derfor, uavhengig av type pumpe inn sommertid kan brukes som balsam. Så varmepumper er klassifisert etter hvor de kan hente varme fra:

Fra bakken;
Fra et reservoar;
Fra luften.

Den første typen er mest å foretrekke i kalde områder. Faktum er at lufttemperaturen ofte synker til -20 og under (ved å bruke eksemplet fra den russiske føderasjonen), men dybden av jordfrysing er vanligvis ubetydelig. Når det gjelder reservoarer, er de ikke tilgjengelige overalt, og det er ikke veldig tilrådelig å bruke dem. Uansett er det bedre å velge en bergvarmepumpe for oppvarming av boligen din. Vi så litt på prinsippet for drift av enheten, så vi går videre.

"Grunnvann": hvordan plasseres det best?

Å motta varme fra bakken anses som det mest hensiktsmessige og rasjonelle. Dette skyldes det faktum at på en dybde på 5 meter er det praktisk talt ingen temperatursvingninger. En spesiell væske brukes som kjølevæske. Det kalles vanligvis saltlake. Det er helt miljøvennlig.

Når det gjelder plasseringsmetoden, er det horisontale og vertikale. Den første typen er preget av det faktum at plastrør, som representerer den ytre konturen, legges horisontalt på torget. Dette er veldig problematisk, siden leggingsarbeid må utføres på et område på 25-50 kvadratmeter. Ved vertikalt arrangement bores vertikale brønner med en dybde på 50-150 meter. Jo dypere sondene er plassert, jo mer effektiv vil jordvarmepumpen fungere. Vi har allerede diskutert operasjonsprinsippet, og nå vil vi snakke om viktigere detaljer.

Vann-til-vann varmepumpe: driftsprinsipp

Ta heller ikke umiddelbart bort muligheten for å bruke den kinetiske energien til vann. Faktum er at på store dyp forblir temperaturen ganske høy og varierer i små områder, hvis den oppstår i det hele tatt. Du kan gå flere veier og bruke:

Åpne vannmasser som elver og innsjøer.
Grunnvann (borehull, brønn).
Avløpsvann fra industrielle kretsløp (returvannforsyning).

Fra et økonomisk og teknisk synspunkt er det enklest å sette opp driften av en geotermisk pumpe i et åpent reservoar. Samtidig er det ingen vesentlige designforskjeller mellom grunn-til-vann- og vann-til-vann-pumper. I sistnevnte tilfelle er rørene nedsenket i et åpent reservoar forsynt med en last. Når det gjelder bruk av grunnvann, er design og installasjon mer kompleks. Det er nødvendig å tildele en egen brønn for vannutslipp.

Driftsprinsipp for en luft-til-vann varmepumpe

Denne typen pumpe regnes som en av de minst effektive av en rekke årsaker. For det første, i løpet av den kalde årstiden, synker temperaturen på luftmasser betydelig. Til syvende og sist fører dette til en reduksjon i pumpeeffekt. Den kan kanskje ikke takle å varme opp et stort hus. For det andre er designet mer komplekst og mindre pålitelig. Installasjons- og vedlikeholdskostnadene reduseres imidlertid betydelig. Dette skyldes det faktum at du ikke trenger et reservoar, en brønn, og du trenger heller ikke å grave grøfter for rør i sommerhytta.

Systemet plasseres på taket av en bygning eller i en annen passende sted. Det er verdt å merke seg at dette designet har en betydelig fordel. Det ligger i muligheten for å bruke avgasser og luft som forlater rommet igjen. Dette kan kompensere for den utilstrekkelige kraften til utstyret om vinteren.

Luft-til-luft-pumper og noe annet

Slike installasjoner er enda mindre vanlige enn "Luft-vann", som det er for hele linjen grunner. Som du kanskje har gjettet, brukes i vårt tilfelle luft som kjølevæske, som varmes opp av en varmere luftmasse fra omgivelsene. Det er et stort antall ulemper med et slikt system, alt fra lav ytelse til høye kostnader En luft-til-luft varmepumpe, hvis driftsprinsipp du vet, er ikke dårlig bare i varme områder.

Det er også styrker. For det første den lave kostnaden for kjølevæsken. Mest sannsynlig vil du ikke støte på et luftkanallekkasjeproblem. For det andre er effektiviteten til en slik løsning ekstremt høy i vår-høstperioden. Om vinteren er det ikke tilrådelig å bruke en luftvarmepumpe, hvis driftsprinsipp vi har diskutert.

Hjemmelaget varmepumpe

Studier har vist at tilbakebetalingstiden for utstyr direkte avhenger av det oppvarmede området. Hvis vi snakker om et hus på 400 kvadratmeter, så er dette cirka 2-2,5 år. Men for de som har mindre bolig er det fullt mulig å bruke hjemmelagde pumper. Det kan virke som om det er vanskelig å lage slikt utstyr, men i virkeligheten er det litt ikke slik. Det er nok å kjøpe de nødvendige komponentene, og du kan begynne installasjonen.

Det første trinnet er å kjøpe en kompressor. Du kan ta den på klimaanlegget. Monter den på samme måte på bygningens vegg. I tillegg trengs 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 huset. Dette kan være en tank med passende dimensjoner. Etter installasjonen sveises tanken og de nødvendige gjengeforbindelsene lages.

Den siste delen av arbeidet

I alle fall, i sluttfasen må du ansette en spesialist. Nøyaktig kunnskapsrik person må utføre lodding av kobberrør, pumping av freon, samt første start av kompressoren. Etter å ha montert hele strukturen, kobles den til det interne varmesystemet. Den eksterne kretsen installeres sist, og funksjonene avhenger av typen varmepumpe som brukes.

Ikke mist dette av syne viktig poeng, som å erstatte utdaterte eller skadede ledninger i huset. Eksperter anbefaler å installere en måler med en effekt på minst 40 ampere, som bør være nok til å drive varmepumpen. Det er verdt å merke seg at slikt utstyr i noen tilfeller ikke lever opp til forventningene. Dette skyldes spesielt unøyaktige termodynamiske beregninger. For å forhindre at du bruker mye penger på oppvarming og må installere en kullkjele om vinteren, kontakt pålitelige organisasjoner med positive anmeldelser.

Sikkerhet og miljøvennlighet kommer først

Oppvarming ved hjelp av pumpene beskrevet i denne artikkelen er en av de mest miljøvennlige metodene. Dette skyldes i stor grad reduksjonen av karbondioksidutslipp til atmosfæren, samt bevaring av ikke-fornybare energiressurser. I vårt tilfelle bruker vi forresten fornybare ressurser, så det er ingen grunn til å være redd for at varmen plutselig skal gå tom. Takket være bruken av et stoff som koker ved lave temperaturer, har det blitt mulig å implementere en omvendt termodynamisk syklus og, til lavere energikostnader, motta en tilstrekkelig mengde varme inn i huset. Når det gjelder brannsikkerhet er alt klart her. Det er ingen sjanse for gass- eller fyringsoljelekkasje, eksplosjon, ingen farlige steder for oppbevaring av brennbare materialer og mye mer. I denne forbindelse er varmepumper veldig gode.

Konklusjon

Nå er du helt kjent med hva en varmepumpe er og hva den kan være (arbeidsprinsipp). Det er mulig å lage en slik enhet med egne hender, og i noen tilfeller er det til og med nødvendig. I dette tilfellet kan du spare rundt 30 % på kjøp av utstyr. Men igjen installasjonsarbeid Det anbefales at en spesialist gjør dette, og det samme gjelder for beregningene som utføres.

Uansett hva man kan si, er dette i dag fortsatt en ganske dyr type oppvarming med lang tilbakebetalingstid. I de fleste tilfeller er det mye lettere å installere gass eller varme med kull eller ved. Likevel, for store landhus er dette en veldig lovende type oppvarming. Hvis vi snakker om effektiviteten til utstyret, viser det seg at for 1 kW brukt energi får vi omtrent 5-7 kW varme. Når det gjelder kjøling er dette 2-2,5 kW effekt, noe som også er veldig bra. Det er også verdt å merke seg at pumpen fungerer stille. Det er i prinsippet alt som kan sies om dette emnet.