Pompy ciepła do ogrzewania domu: zasada działania, źródła

Co to jest - pompa ciepła? Jak to działa? Gdzie te urządzenia mogą wydobywać ciepło? Wreszcie, jak opłacalne i praktyczne są one w porównaniu z innymi źródłami energii cieplnej? Zrozummy to.

Co to jest

Zasada działania pompy ciepła jest całkowicie identyczna ze schematem działania zwykłej lodówki.

• Kompresor kompresuje lotny czynnik chłodniczy. Daje to znaczną ilość ciepła, które jest dostarczane do wymiennika ciepła. Ciepło to może być wykorzystane do ogrzewania powietrza wdmuchiwanego przez wymiennik ciepła przez wentylator lub dowolny nośnik ciepła.
• Ochłodzony czynnik chłodniczy przechodzi przez zawór rozprężny i gwałtownie wzrasta.. Jednocześnie, w pełnej zgodzie z prawami fizyki, jest szybko schładzany i przechodząc przez drugi wymiennik ciepła, pobiera ciepło z otoczenia.

Uwaga: im wyższy stopień rozszerzalności czynnika chłodniczego, tym niższa jego temperatura końcowa. W związku z tym, w pewnych warunkach, jest on w stanie wydobywać ciepło z ośrodka chłodzonego znacznie poniżej punktu zamarzania wody.

Jeśli lodówka jest w stanie pracować tylko w jeden sposób - do chłodzenia wewnętrznej przestrzeni, to każda pompa ciepła do ogrzewania domu jest w stanie odwrócić kierunek ruchu czynnika chłodniczego. Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że właściciel takiego urządzenia ma do swojej dyspozycji pełnowartościowy klimatyzator: w zimie ogrzewa pomieszczenie, ale w lecie służy do chłodzenia chaty do komfortowej temperatury.

Wreszcie ogrzewanie pompy ciepła ma jeszcze jedną bardzo dobrą funkcję. Ponieważ energia elektryczna jest zużywana tylko na działanie sprężarki, a środowisko zewnętrzne jest wykorzystywane jako źródło ciepła, pompa zapewnia od 3 do 5 kilowatów mocy cieplnej na każdy kilowat mocy elektrycznej.

Źródła ciepła

Co może być źródłem niskiej jakości ciepła?

Ziemia

Jak wiadomo, w okresie zimowego mrozu gleba zamarza na dość małą głębokość. Tylko o metr poniżej poziomu zamarzania temperatura gleby jest stała i wynosi 8-12 stopni o każdej porze roku.

Źródłowe pompy ciepła wykorzystują ciepło geotermalne.

Istnieją dwa rodzaje wymienników ciepła:

1. Vertical to długie elastyczne rury zanurzone w pionowych szybach na głębokość 60-100 metrów. Biorąc pod uwagę fakt, że koszt wiercenia licznika bieżącego odwiertu wynosi 2-3 tys. Rubli, instalacja wymienników ciepła kosztuje znaczną kwotę; ale pionowy wymiennik ciepła nie ma miejsca na budowie.

1. Poziomo, wręcz przeciwnie, utrzymuje się na płytkiej głębokości. Okopy pod nią można wykopać własnymi rękami, bez udziału technologii; w związku z tym instalacja będzie znacznie tańsza. Jednak cała powierzchnia gleby nad kolektorem (jest to około trzy razy więcej niż powierzchnia ogrzewana domu) będzie nieodpowiednia do sadzenia: większość roślin nie będzie tolerować przegrzania korzeni latem.

Szacowany koszt geotermalnej pompy ciepła o mocy cieplnej 20 KW wynosi około pół miliona rubli. Instalacja w zależności od warunków (liczba i głębokość odwiertów, obecność lub brak wód podziemnych itp.) Zmusi kupującego do wydania kolejnych 100 - 400 tysięcy.

Woda

Jeśli twój dom znajduje się na brzegu niezamarzającego zbiornika - masz szczęście: w tym przypadku ogrzewanie za pomocą pomp ciepła można wdrożyć przy minimalnych kosztach instalacji. Wymiennik ciepła jest podgrzewany przez obciążniki i usuwa ciepło z wody.

Pompy wykorzystujące wodę gruntową jako źródło ciepła są nieco bardziej skomplikowane. W tym przypadku dwa otwory są wiercone w obszarze, z których jeden staje się źródłem wody, a drugi służy do rozładowania po przejściu przez wymiennik ciepła. Przybliżone natężenie przepływu odwiertu, zapewniające pracę urządzenia o mocy cieplnej 16 KW - 0,8 m3 / godzinę.

Powietrze

Wreszcie najtańsze pompy ciepła, które wykorzystują otaczające powietrze jako źródło ciepła. Prostota projektu sprawia, że ​​są stosunkowo niedrogie; Instalacja jest również bardziej niż prosta.

W sprzedaży można znaleźć urządzenia działające w dwóch systemach.

1. Pompy powietrze-powietrze są używane tylko do ogrzewania lub chłodzenia powietrza w pomieszczeniach.
2. System powietrze-woda pozwala, oprócz ogrzewania, zapewnić domowi ciepłą wodę.

Jako przykład podajemy aktualne ceny detaliczne dla kilku urządzeń działających zgodnie z drugim schematem.

A co z pompami powietrze-powietrze? Och, tutaj obraz jest znacznie bardziej atrakcyjny. Najprostsza pompa ciepła tego typu - zwykły klimatyzator okienny - można kupić za 4-5 tysięcy rubli; Bardziej znaczący zakup - system podzielonego falownika - będzie kosztował 20-40 tysięcy.

Dlaczego w takim stosunku cenowym urządzenia, które pobierają ciepło z wody i gleby, zachowują swoją popularność? Odpowiedź jest prosta: pompy powietrza działają tylko przy stosunkowo wysokich temperaturach zewnętrznych (do -25 ° C); tymczasem w większości rejonów kraju, w szczycie zimowych przymrozków, termometr wyraźnie spada.

Ponadto im niższa temperatura ulicy, tym mniej korzystne jest ogrzewanie domu przez pompę ciepła tego typu. Istnieje coś takiego jak COP (współczynnik wydajności), co oznacza stosunek wytworzonego ciepła do kosztu energii elektrycznej. Tak więc ta podstawowa charakterystyka pomp ciepła dla bardzo popularnego Mitsubishi Zubadana wynosi 4,0 w + 5 ° C i 2,0 w-25.

Wniosek jest oczywisty. Ogrzewanie domu wiejskiego za pomocą pompy ciepła działającej w systemie powietrze-powietrze jest uzasadnione tylko w strefie ciepłego klimatu. Na terytorium Jakucja lub Chabarowska należy preferować urządzenia geotermalne.

Opłacalność

Ogrzewanie prywatnego domu z elektrycznymi konwektorami grzewczymi, grzejnikami wentylatorowymi i innymi urządzeniami grzewczymi jest najdroższym spośród wszystkich istniejących systemów. Sędzia dla siebie:

Jeśli jednak nie korzystasz z bezpośredniego ogrzewania, ale z pompy ciepła - ogrzewanie stanie się zauważalnie tańsze. Ile - zależy od wspomnianego już COP. W przypadku większości modeli urządzeń różnych typów parametr ten mieści się w przedziale 3-4; najlepsze próbki mają współczynnik COP równy 6.

Warto rozważyć kilka dodatkowych niuansów.

• Jak już wspomniano, w przypadku pomp powietrznych wydajność energetyczna spada wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz, więc dla oszacowania prawidłowe byłoby przyjęcie średniej wartości na sezon (COP dla średniej temperatury zimowej).
• COP zależy nie tylko od temperatury źródła ciepła niskiej jakości, ale również od temperatury obiektu, do którego przekazywane jest to ciepło. Pompa ciepła jest dokładnie temperaturą delta. Na przykład pompa geotermalna, ogrzewająca ciepłą podłogę do + 30 ° C, będzie o wiele bardziej ekonomiczna niż zapewnia to samo ciepło dla grzejników o temperaturze +60 ° C.

Konsekwencje praktyczne: jeśli zamierzasz podłączyć pompy ciepła do podgrzewania rąk do obiegu grzewczego z grzejnikami, zwróć uwagę, że liczba sekcji powinna zostać zwiększona, a temperatura nośnika ciepła powinna zostać zmniejszona do +40 - +45 C.

Biorąc pod uwagę wszystkie liczne rezerwacje, średnią wartość COP można bezpiecznie przyjąć równą 3,0. W tym przypadku, ponieważ jest to łatwe do obliczenia, koszt kilowatogodziny ciepła wyniesie 1,2 rubla, co jest tylko nieznacznie droższe niż główny gaz, drewno opałowe i tańsze niż wszystkie inne źródła ciepła.

Wybierając ogrzewanie, warto wziąć pod uwagę nie tylko obecny stan rzeczy, ale także perspektywy. A to dlatego, że dzięki rosnącemu rozwojowi zielonej energii (z wykorzystaniem źródeł odnawialnych) koszt energii elektrycznej wzrośnie znacznie wolniej niż koszt gazu, węgla i produktów ropopochodnych.

W szczególności prognoza wzrostu cen z 2010 r. Zapowiada wzrost kosztów metra sześciennego gazu o 1000 procent do 2032 r. I tylko o 130 procent energii elektrycznej.

Od autora

Być może czytelnik znajdzie interesujące doświadczenie autora. Używa pary pomp powietrze-powietrze do ogrzewania domu.

Tak, biorąc pod uwagę:

• Miejsce akcji - Sewastopol, Krym. Średnia styczniowa temperatura wynosi +3. Dzisiejsza zima była wyjątkowo zimna: przez kilka dni szron utrzymywał się na poziomie -20 stopni.
• Powierzchnia ogrzewanego poddasza wynosi 60 metrów kwadratowych. Szczyty są kompletnym przeszkleniem z energooszczędnymi szybami jednokomorowymi z podwójnymi szybami. Izolacja termiczna ścian i dachu to 5 centymetrów wełny mineralnej i tworzywa piankowego.
• Cooper działa jako źródło ciepła.&Hunter CH-S12 FTXN. Moc cieplna podczas pracy z ogrzewaniem - 4,12 kW, COP wynosi 4,2, deklarowana dolna granica temperatury roboczej to -25 ° C; koszt w chwili zakupu wynosi 24 000 rubli.

Wyniki:

• Przez całą zimę na poddaszu utrzymywano dość wygodne +20 stopni.
• Przybliżone zużycie energii elektrycznej w przypadku ogrzewania poddasza wynosi 400 kWh. Zużycie można z łatwością przekonwertować na ekwiwalent pieniężny w oparciu o lokalne taryfy.

Jedynym problemem ujawnionym przez ogrzewanie pompy ciepła w niskich temperaturach jest zamarzanie lodu w rurze odwadniającej. Aby go wyeliminować, planuje się po prostu włożyć odcinek samoregulującego przewodu grzejnego do drenażu.

Wniosek

Czy warto zainwestować w jeszcze nieprzyzwyczajony system ogrzewania z pompami ciepła? Z punktu widzenia autora, tak. Wygląda bardzo atrakcyjnie nawet na tle głównego gazu - tylko dlatego, że jest całkowicie bezpieczny i nie wymaga usuwania produktów spalania.

Jednak niech czytelnik dokonuje niezależnego wyboru. Jak zwykle dodatkowe informacje tematyczne można znaleźć w załączonym filmie. Sukcesy!