Autonomiczne systemy grzewcze: badanie źródeł ciepła

Tematem tego artykułu są autonomiczne systemy grzewcze. Postaramy się dowiedzieć, czym one są i co może być dla nich źródłem energii cieplnej. Ponadto musimy przeprowadzić analizę porównawczą opłacalności i łatwości użycia niektórych rozwiązań.

Klasyfikacja

Na początek, na jakich podstawach można sklasyfikować niezależne ogrzewanie.

Według źródła energii cieplnej.

Oto lista możliwych rozwiązań:

• Gaz (gaz główny i skroplony - w uchwytach na gaz i butlach).
• Węgiel
• Drewno opałowe
• Pellety (granulowane odpady drewniane).
• Olej napędowy.
• Elektryczność.

Zgodnie z metodą przekazywania ciepła z kotła do pomieszczeń peryferyjnych.

Są tylko dwa z nich.

1. Ogrzewanie wodne jest najbardziej popularne ze względu na dużą pojemność cieplną wody.

Uwaga: wraz z wodą można stosować chłodziwa o niższej temperaturze krystalizacji, co pozwala uniknąć obawy przed rozmrażaniem podczas zatrzymywania ogrzewania i cyrkulacji. W masie jest to mieszanina wody z etylenem i glikolem propylenowym.

1. Ogrzewanie powietrzne często łączy się z wentylacją.. Ogrzewanie powietrza służy do ogrzewania pomieszczenia.

Wydajność

Porównajmy koszty, które każdy z tych źródeł ciepła obiecuje właścicielowi.

Nuance: w niektórych regionach kraju poszczególne ceny mogą się różnić. Jednak ich stosunek będzie kontynuowany.

Specjalny przypadek

Badanie kosztów operacyjnych przyniosło nam nieoczekiwane odkrycie: w XXI wieku drewno opałowe nadal jest najtańszym źródłem ciepła w przypadku braku głównego gazu. Nie tylko to: dla mieszkańców obszarów wiejskich ich koszt może być zredukowany do zera - zbieranie martwego drewna i przycinanie drzew w obszarze oznacza pokrycie zapotrzebowania na paliwo. Ale najbardziej pozornie postępowe źródło ciepła - elektryczność - znalazło się na samym dole listy.

To wyrównanie będzie jednak prawdziwe tylko dla urządzeń bezpośredniego ogrzewania, które zamieniają kilowaty mocy elektrycznej na kilowat mocy cieplnej. W przypadku pompy ciepła obraz jest zasadniczo inny: jego urządzenie pozwala na od 2 do 5 kilowatogodzin ciepła na każdą kilowatogodzinę zużytej energii elektrycznej.

Z powodu czego?

Tajemnica jest prosta: energia nie jest zużywana na generowanie ciepła, ale na przeniesienie go ze źródła o niskim potencjale do źródła o wysokim potencjale. Mówiąc najprościej, urządzenie pompy ciepła pozwala jeszcze bardziej schłodzić i tak już zimne środowisko i ogrzać dom z powstałym ciepłem.

W jaki sposób osiąga się ten efekt?

• Lotny czynnik chłodniczy jest sprężany przez sprężarkę i przechodzi w fazę ciekłą z dużą ilością ciepła.
• Ciepło jest dostarczane do wymiennika ciepła i służy do ogrzewania pomieszczenia.
• Po wymienniku ciepła czynnik chłodzący, który utracił ciepło, przechodzi przez zawór rozprężny i przechodzi w stan gazowy, ostygając ostro podczas rozszerzania.
• Następnie przechodzi do drugiego wymiennika ciepła. Ponieważ chłodzi się do temperatury niższej od temperatury otoczenia podczas przechodzenia czynnika chłodniczego, powstaje stały przepływ ciepła: czynnik chłodniczy nagrzewa się i po ogrzaniu powraca do sprężarki przez powtarzany cykl.

Pompy ciepła o najwyższym COP (współczynnik wydajności, parametr określający stosunek ciepła i mocy elektrycznej pompy w trybie ogrzewania) obniżają koszt za kilowatogodzinę ciepła do 3,6 / 5 = 0,72 rubla, co praktycznie wyrównuje ich opłacalność z gazem sprzęt i pozostawia daleko w tyle konkurencyjne rozwiązania.

Przy okazji: w przypadku większości pomp ciepła średnia COP podczas sezonu jest bardziej realistyczna, równa 3 - 3,5.

Użyteczność

Pod względem ekonomicznym lista ważnych cech dla konsumenta nie kończy się. Przynajmniej jeden parametr jest nie mniej ważny - użyteczność.

Z tego punktu widzenia budowana jest zupełnie inna tabela rang.

1. Wszystkie urządzenia elektryczne (zarówno bezpośrednie urządzenia grzewcze, jak i pompy ciepła) są całkowicie autonomiczne i nie wymagają konserwacji ani konserwacji. Z oczywistych względów usuwanie produktów spalania jest również bezużyteczne.

1. Kotły grzewcze na gaz i energię słoneczną są również zdolne do długotrwałej autonomicznej eksploatacji. Jednak pod względem łatwości użytkowania są one nieco gorsze od urządzeń elektrycznych: wszystkie wymagają usunięcia produktów spalania; dla solarium potrzeba jest dodana, aby wyposażyć ją w pojemność kilku modułów i tolerować hałas palnika, który jest nieco gorszy od ryku samolotu podczas startu.

Korzystanie z butelkowanego gazu wymaga dodatkowej uwagi: balon będzie musiał zostać zmieniony z raz dziennie na kilka razy w tygodniu.

1. Żywotność baterii w kotle na pelety może osiągnąć tydzień ze względu na zautomatyzowane dostarczanie paliwa z bunkra. Jednak, podobnie jak wszystkie urządzenia na paliwo stałe, wymaga okresowego czyszczenia popielnika.

1. Wreszcie, kotły i piece na drewno i węgiel wymagają ciągłej uwagi: muszą być uruchamiane kilka razy dziennie.

Ogrzewanie wody

Przyjrzyjmy się bliżej, jakie źródła ciepła mogą wykorzystywać autonomiczne systemy grzewcze.

Kotły gazowe i słoneczne

Ich urządzenie jest całkiem zrozumiałe: palnik gazowy podgrzewa wymiennik ciepła i przenosi ciepło do krążącego w nim płynu chłodzącego.

Co jeszcze może pomóc potencjalnemu kupującemu wiedzieć o sprzęcie gazowym?

• Urządzenia nielotne są wyposażone w zapłon piezoelektryczny i służą do zapalania głównego palnika, gdy temperatura płynu chłodzącego spada tak zwanego pilota. Elektryczne kotły zapłonowe nie mają go i dzięki temu zapewniają około 20% oszczędności gazu.

Uwaga: zapłon elektryczny nie pasuje do niestabilności dostaw energii elektrycznej na obszarach wiejskich. Częściowo jednak problem rozwiązuje się, instalując zasilacze awaryjne, które mogą obsługiwać kocioł przez 4-6 godzin.

• Palnik atmosferyczny zasysa powietrze wewnętrzne i usuwa produkty spalania do kanału wentylacyjnego lub komina. Zamknięty palnik oznacza pobieranie powietrza z ulicy i odprowadzanie produktów spalania wzdłuż tej samej współosiowej (podwójnej ścianki) rury.

• Kotły kondensacyjne zapewniają oszczędność gazu o 9-11% w porównaniu z klasycznymi. Nie tylko odprowadzają ciepło z produktów spalania, ale również kondensują je na dodatkowym wymienniku ciepła. Nawiasem mówiąc, temperatura powrotu w 30 ° C, charakterystyczna dla systemów ogrzewania podłogowego, jest dla nich optymalna; w konwencjonalnym kotle powoduje to kondensację na wymienniku ciepła, który nie jest do tego przystosowany i jego wczesną awarię.
• Kotły gazowe często są zunifikowane z energią słoneczną. Istnieje wiele wzorów, które pozwalają na zmianę rodzaju paliwa poprzez wymianę palnika.

Kotły na paliwo stałe

Klasyczne urządzenie tego typu składa się z paleniska z płaszczowo-wymiennikiem ciepła, dysz wlotowych i wylotowych, popielnika z dmuchawą i nieskomplikowanego systemu automatyzacji. Kiedy czynnik chłodzący przegrzewa się, najprostszy termostat mechaniczny pokrywa dmuchawę, ograniczając dostęp powietrza i zmniejszając moc cieplną urządzenia.

Ten schemat jest prosty, wyjątkowo odporny na błędy, ale ma kilka poważnych wad:

1. Ładowanie paleniska jest wymagane co 2-4 godziny.
2. Ograniczenie przepływu powietrza prowadzi do katastroficznego spadku wydajności ze względu na to, że produkty niecałkowitego spalania wyparowują przez komin. Przy ograniczonym dostępie tlenu, drewna opałowego i węgla tworzy się tlenek węgla (nawiasem mówiąc, toksyczny) i lotne węglowodory.

Próbując rozwiązać te problemy, stworzono kilka bardzo ciekawych projektów.

Generator gazu

Kocioł generujący gaz (piroliza) przerywa proces spalania paliwa na dwa etapy.

1. Tlący się z ograniczonym przepływem powietrza, spala się do stanu popiołu i produkuje gaz pirolityczny - bardzo lotne węglowodory.
2. Następnie gaz pirolityczny wchodzi do komory dopalania znajdującej się pod głównym piecem, gdzie otrzymuje nową porcję powietrza przez wtryskiwacze. W wysokich temperaturach powoduje to natychmiastowy zapłon mieszaniny gaz-powietrze.

Jaki jest wynik?

• Elastyczna kontrola mocy bez utraty wydajności.
• Długi (do 12 godzin) spalanie na jednej zakładce paliwa.

Najlepsze spalanie

Jeszcze bardziej ciekawa jest modyfikacja generatora gazu - górnego pieca do spalania. Zasada działania jest zredukowana do przenoszenia tlącego się drewna lub węgla z dna na górną powierzchnię zakładki.

Jak to działa?

1. Ruchomy kanał powietrzny opuszcza się do paleniska załadowanego i wypalonego z góry, kończąc na masywnym dysku - dystrybutorze powietrza.
2. Napływ powietrza jest zapewniony na całej powierzchni warstwy paliwowej. Jest dozowany ręcznie lub automatycznie regulowany zawór.
3. Komora znajdująca się nad tarczą dystrybutora powietrza służy do dopalania produktów o niepełnym spalaniu. W tym przypadku wznoszący się przepływ powietrza całkowicie przenosi popiół, który może zapobiec rozpadowi.

Maksymalny czas pracy baterii pokazywany przez kocioł górnego spalania od litewskiej firmy Stropuva wynosi 31 godzin.

Kotły elektryczne

Bezpośrednie urządzenia grzewcze są również podzielone na kilka kategorii. Zastosowanie Tenovye do ogrzewania grzejników rurowych umieszczonych w zbiorniku przepływowym. Moc jest regulowana krokowo. Konstrukcja jest wystarczająco odporna na uszkodzenia, niedroga i nie ma żadnych poważnych wad, poza niską sprawnością typową dla wszystkich urządzeń do bezpośredniego ogrzewania.

Kotły elektrodowe wykorzystują prąd przemienny przepływający bezpośrednio przez wodę. Ich główną zaletą jest zwartość. Wady - stopniowe rozpuszczanie elektrod i zdolność do pracy tylko w wodzie o określonym składzie soli mineralnej.

Kocioł indukcyjny to rdzeń ferromagnetyczny i uzwojenie umieszczone w rurze dielektrycznej, która wzbudza prądy wirowe ogrzewające metal w nim. Główną zaletą kotła indukcyjnego jest jego fenomenalna sprężystość i nieograniczony okres użytkowania: po prostu nie ma części, które zużywają się w czasie.

Ważne: wszelkie twierdzenia, że ​​jakiś kocioł elektryczny jest bardziej ekonomiczny niż konkurencyjne rozwiązania, to pierwsze kłamstwo. Bezpośrednie ogrzewanie dowolnego urządzenia zamienia się w ciepło 100% zużytej energii elektrycznej. Nawet jeśli z powodu cech konstrukcyjnych energia cieplna nie zostanie całkowicie przeniesiona do chłodziwa, ale częściowo rozproszona w powietrzu, nadal ogrzewa dom.

Pompy ciepła

Mogą korzystać z kilku rodzajów źródeł ciepła niskiej jakości.

Energia geotermalna

Wymienniki ciepła są umieszczane poniżej poziomu zamarzania i pobierają energię cieplną z ziemi. Głównym problemem związanym z tymi pompami jest kosztowna instalacja.

Istnieją dwie możliwe opcje.

1. Sondy schodzą do pionowych szybów o głębokości od 30 do 100 metrów.

1. Kolektor jest układany poziomo.

Druga opcja jest atrakcyjna, ponieważ wykop pod kolektorem poziomym może zostać wykopany własnymi rękami, co znacznie zmniejsza koszty instalacji. Jednak powierzchnia pod kanałem powinna być około trzykrotnie większa od nagrzanej; jednak nie można go używać do sadzenia - rośliny nie będą tolerować reżimu temperaturowego kolektora.

Woda

Można je wdrożyć na dwa sposoby:

1. Kolektor jest umieszczony na dnie zbiornika pozbawionego lodu.

1. Do wymiany ciepła stosuje się dwa dołki - natężenie przepływu i drenaż. Upał, który wydzielił się, jest odprowadzany z powrotem do warstwy wodonośnej.

Antena

Mogą być idealne do ciepłego klimatu. Niski koszt rozwiązania, tania i łatwa instalacja sprawiają, że są bardzo atrakcyjnym źródłem ciepła przy braku głównego gazu.

Warto jednak rozważyć kilka subtelności.

• Nawet najlepsze urządzenia tego typu zachowują swoją wydajność w temperaturach powietrza zewnętrznego do -25 ° C.
• Gdy temperatura spada, spada wartość COP urządzenia. Jeśli przy +10 jest równa pięciu, to przy -25С zmniejszy się do dwóch.

Ważny punkt, który jest istotny dla wszystkich typów pomp ciepła: im niższa temperatura chłodziwa, tym mniejsza różnica między nim a otoczeniem, co oznacza wyższy współczynnik COP urządzenia. Dlatego w przypadku pomp ciepła wszystkich typów stosowane są grzejniki o dużej liczbie sekcji, a temperatura chłodziwa nie przekracza + 45С.

Ogrzewanie powietrzne

Kotły gazowe, solarne i na paliwa stałe całkowicie powielają cechy swoich odpowiedników, przeznaczone do podgrzewania wody. Oddzielnie trzeba przydzielić tylko kilka wzorów.

Buleryan

Pod tą nazwą, wzięty od jednego z pierwszych producentów, ukrywa konwekcyjny generator gazu z pieca. Jego główną cechą jest to, że palenisko jest otoczone przez otwarte dno i górne stalowe rury o dużej średnicy, w których stabilne prądy konwekcyjne powstają podczas ogrzewania. Krzywoliniowość rur przyczynia się do efektywnego mieszania powietrza w pomieszczeniu.

Uwaga: podgrzane powietrze można rozcieńczyć za pomocą systemu kanałów. Do wymuszenia tego można użyć konwencjonalnych wentylatorów kanałowych.

Klimatyzator inwerterowy

Każdy klimatyzator jest szczególnym przypadkiem pompy ciepła powietrze-powietrze. Inwerter różni się tym, że wykorzystuje konwersję AC na DC, co pozwala elastycznie kontrolować moc sprężarki. Gdy powietrze jest podgrzewane do wymaganej temperatury, sprężarka nie zatrzymuje się, ale zmniejsza prędkość.

Skutkiem ubocznym faktu, że sprężarka jest ciągle w ruchu, jest zdolność falownika do wykonywania jego funkcji w niskich (do -25 ° C) temperaturach. W rzeczywistości wiele modeli jest pozycjonowanych przez producentów jako domowe pompy ciepła.

Ogrzewanie za pomocą falowników jest niewątpliwie najlepszym rozwiązaniem w regionach, w których temperatura zimowa nie spada poniżej -10 do -20 stopni. Aby instrukcja wyboru systemu ogrzewania nie była bezpodstawna, autor podzieli się swoim doświadczeniem używania klimatyzatora inwerterowego do ogrzewania podłogi na poddaszu zeszłej zimy.

Wniosek

Mamy nadzieję, że nasza miniaturowa recenzja pomoże czytelnikowi wybrać optymalne rozwiązanie dla jego warunków. Dodatkowe informacje na temat tego, co może być autonomicznym systemem ogrzewania, oferują dołączone wideo. Sukcesy!