Mám použít tepelné čerpadlo k vytápění domu

Čerpací průmysl nezůstává stát a vznikají nová technická řešení založená na známých technologiích. Obchodníci, kteří mají zájem o zisk a zvýšení prodeje, často skrývají data o konkrétním produktu a propagují jej jako revoluční, bezkonkurenční. Nejvýraznějším příkladem jsou tepelná čerpadla. Propagační materiály nepopisují princip fungování těchto zařízení, ani úroveň efektivity vytápění domácností. Je však možné pochopit, jak vše funguje a jak tento nebo tento systém může být z tohoto materiálu užitečný.

Co je tepelné čerpadlo, jeho rozsah

Technická definice tepelného čerpadla je zařízení pro přenos energie z jedné oblasti do druhé se současným zvýšením účinnosti její práce. Je snadné ilustrovat takového mechanika. Představte si kbelík studené vody a sklenici horké vody. Pro jejich ohřátí bylo určité množství energie vynaloženo z určité úrovně tepla. Účinnost jeho použití je však jiná. Pokud současně snížíte teplotu kbelíku vody o 1 stupeň, výsledná tepelná energie může přinést kapalinu do skla téměř k varu.

Právě pro tuto mechaniku pracuje tepelné čerpadlo, s nímž můžete ohřívat bazén nebo plně zajišťovat vytápění venkovského domu. Jednotka přenáší teplo z jedné oblasti do druhé, obvykle mimo místnost uvnitř. Pro takovou techniku ​​existuje mnoho aplikací.

1. Při určitých rychlostech výkonu tepelného čerpadla vytápění domu stát se levným a efektivním.
2. Snadné provedení TUV s tepelným čerpadlempomocí sekundárního topení.
3. S určitým úsilím a správným designem je tvorba zcela k dispozici. autonomní vytápěnípoháněné solárními panely.
4. Většina modelů tepelných čerpadel je přijatelná. pro teplou podlahu, jako topný okruh.

Chcete-li vybrat a zakoupit vhodný systém, je třeba nejprve správně nastavit úkol před ním. A teprve po požadavcích na výkon a posouzení přijatelnosti jednotlivých typů tepelných kotlů pro všechny potřeby.

Obecný princip práce

Tepelné čerpadlo pracuje technologicky podle všech známých Carnotův cyklus, řada transformací stavů hmoty. Taková slova mohou být pro většinu uživatelů zcela cizí. Nicméně prakticky každý z nich má doma alespoň jedno zařízení, založené na tomto fyzikálním procesu.

Zjednodušeně řečeno, tepelné čerpadlo je lednice. Jakýkoli model domácnosti, kde se občané používají k skladování masa a nápojů, je ohřívač s účinností vyšší než 100%. Vše funguje takto:

• lednice odvádí teplo z výrobků, které jsou v ní umístěny, a přenáší ji do mřížky, a tedy do prostoru místnosti;
• Současně se vzduch ohřívá kompresorem.

V důsledku toho, že spotřebovává určité množství elektřiny, uživatel obdrží dva zdroje tepla, z nichž jeden (energie odebraná z produktů) je zcela volný.

To je princip tepelného čerpadla. Zařízení má inverzní funkční diagram ve srovnání s chladničkou - v něm je užitečný výměník tepla a mřížka chladiče, která je zodpovědná za konečnou účinnost jednotky. Vše funguje takto:

• okruh odvodu tepla je umístěn mimo místnost, obklopený stabilním teplotním prostředím;
• během provozu tepelného čerpadla je teplota pracovní tekutiny nuceně snižována přirozenými fyzikálními procesy pod vlivem prostředí;
• teplo je odebíráno pracovní kapalinou, jejíž intenzita závisí na vytvořeném teplotním rozdílu;
• pracovní tekutina vstupuje do stavového převodníku a tepelného výměníku místnosti;
• energie je uvolňována do vzduchu nebo jiného média;
• pracovní kapalina je v počátečním stavu dodávána na začátek cyklu (okruh pro odvod tepla).

Toto schéma vytápění má několik výhod a nevýhod. V optimálních podmínkách však tepelné čerpadlo ukazuje značné úspory. Vytápění domu bude vyžadovat o 70–80% nižší náklady ve srovnání s klasickými plynovými a pevnými kotli.

Maximální účinnost tepelného čerpadla závisí na mnoha faktorech. Některá technologická řešení jsou schopna řešit pouze omezený počet úkolů. Jiní navrhují komplexní instalaci tepelného čerpadla.

V současné době existuje řada domácích spotřebičů, jejichž majitelé ani netuší, že používají inovativní, revoluční nápady pro výběr tepla pro životní prostředí. K tomu může dojít i při negativních teplotách vzduchu mimo okno. To je klimatizace s funkcí topení, který je ve skutečnosti postaven na mechanice tepelného čerpadla. Principy provozu takových zařízení vzduch-vzduch budou diskutovány později.

Systém vytápění soukromého domu s využitím tepelného čerpadla

Optimální schéma použití tepelného čerpadla pro vytápění domácností zahrnuje zásobník. Zjednodušeně to vypadá takto:

Zde jsou bloky 1 a 2 ventily, které řeší problém regulace přívodních toků tepla. Mohou se jednat o ruční překrytí průtoku nebo o automatické tepelné hlavy. Blok 3 je společný termostat nebo senzorový systém.

Topení funguje podle následujícího principu:

• tepelné čerpadlo odebírá teplo z okolního prostředí a ohřívá vodu;
• kapalina vstupuje buď do tepelného výměníku sekundárního ohřevu zásobní nádrže, nebo cirkuluje v jediném okruhu;
• topný systém je postaven na klasickém principu, průtok vody je zajištěn kruhovým čerpadlem.

Schéma na obrázku - minimální vybavení domu. Lze jej snadno přidat. Zvláště nikdo se neobtěžuje instalovat dvě nádrže a použít princip sekundární topné kapaliny. Jeden z nich - kotel tepelného čerpadla (instalovaný přímo na výstupu z něj) - slouží k zásobování teplou vodou. Objemnější nádrž řeší problém přivádění chladicí kapaliny do topného systému.

Vynikající volba funguje vytápění domácností s tepelným čerpadlem, akumulační kapacita a systém tepelně izolovaná podlaha. V tomto případě není nutné zahřívat kapalinu na vysokou teplotu. Optimální rychlost pro podlahové vytápění - od 30 do 40 stupňů. Schéma vytápění je podobné tomu, které již bylo zmíněno, ale místo radiátorů proudí voda do kolektorové jednotky s vlastní regulací průtoku.

Klasifikace tepelných čerpadel podle vlastností média

Klasifikace tepelných čerpadel je poměrně rozsáhlá. Přístroje jsou rozděleny podle typu pracovní tekutiny, principu změny jejího fyzického stavu, použití konvertorů, povahy nosiče energie potřebné pro provoz. Domníváme-li se, že modely s různými kombinacemi klasifikačních kritérií jsou prezentovány na trhu, je zřejmé, že je poměrně obtížné uvést vše. Můžete však zvážit základní principy skupinového rozdělení.

Instalace, návrh a konečné vlastnosti tepelného čerpadla závisí na parametrech zdroje tepla a prostředí příjemce. Dnes existuje několik typů technických řešení.

Vzduch-vzduch

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch - většiny běžných zařízení. Jsou kompaktní a poměrně jednoduché. Na mechanice tohoto typu domácích klimatizačních zařízení pracuje s režimem vytápění. Princip činnosti je jednoduchý:

• pouliční výměník tepla je chlazen pod teplotou vzduchu a odvádí teplo;
• po stlačení vstupujícího freonu do radiátoru se jeho teplota velmi zvyšuje;
• ventilátor uvnitř místnosti, vyfukující výměník tepla, ohřívá místnost.

Výběr energie pro životní prostředí nemusí být nutně proveden externím výměníkem tepla. K tomuto účelu může být vzduch přiváděn do bloku umístěného v místnosti. Takhle nějaká práce kanálů.

Pokud je freon komprimován a expandován v klimatizačním zařízení, pak v tepelných čerpadlech vířivky používá se jednoduchý vzduch. Mechanika práce je podobná: předtím, než plyn vstupuje do vnitřního výměníku tepla, plyn je stlačován a po vzdání se energie je vyfukován intenzivním proudem do komory pro odvod tepla.

Tepelné čerpadlo vortex je velká masivní instalace, která funguje efektivně pouze při vysoké okolní teplotě. Takové systémy jsou proto instalovány v průmyslových dílnách, využívají spaliny z pecí nebo horký vzduch hlavního klimatizačního systému jako zdroj tepla.

Voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda pracuje na stejném principu jako ostatní instalace. Pouze média pro přenos energie jsou odlišná. Zařízení je vybaveno ponorné sondyaby se dostal do horizontu podzemní vody s pozitivní teplotou i v náročných zimních podmínkách.

V závislosti na potřebách vytápění mohou být systémy tepelného čerpadla voda-voda zcela odlišné velikosti. Například počínaje několika studnami vrtanými kolem soukromého domu, končícími velkoplošnými výměníky tepla umístěnými přímo ve vodonosné vrstvě, které jsou položeny ve fázi výstavby budovy.

Tepelná čerpadla voda-voda se vyznačují vyšší produktivitou a efektivním výstupním výkonem.. Důvodem je zvýšená tepelná kapacita kapaliny. Vrstva vody, ve které je umístěna sonda nebo výměník tepla, rychle uvolňuje energii a díky velkému objemu mírně snižuje její vlastnosti, což přispívá ke stabilnímu provozu systému. Také zařízení voda-voda je jiné. zvýšená účinnost.

Voda-vzduch, vzduch-voda

Kombinované systémy musí být vybrány opatrně. Současně jsou pečlivě vyhodnoceny stávající klimatické podmínky. Například cyklus tepelného čerpadla voda-vzduch má dobrou účinnost pro vytápění. v oblastech se silnými mrazy. Systém vzduch-voda ve spojení s teplou podlahou a kumulativním kotlem pro sekundární vytápění je schopen prokázat maximální úspory na území, kde teplota vzduchu zřídka klesne pod -5 ... -10 stupňů.

Tavná (solanka) voda

Tepelné čerpadlo této třídy je druh vozu. Může aplikován doslova všude. Ukazatele čistého tepelného výkonu jsou konstantní a stabilní. Princip činnosti zařízení na slanou vodu je založen především na odvodu tepla z půdy, která má normální ukazatele vlhkosti nebo bažinaté.

Systém se snadno instaluje: pro umístění externích výměníků tepla je dostačující pohřbít je do určité hloubky. Můžete si také vybrat jednu z možností zařízení pomocí plynné nebo kapalné pracovní kapaliny.

Provede se výpočet třídy tepelného čerpadla solanky a vody z hlediska spotřeby energie na vytápění. Metody pro jeho kvantitativní stanovení jsou hojné. Můžete provést co nejpřesnější výpočet s ohledem na materiál stěn domu, design oken, povahu půdy, váženou průměrnou teplotu vzduchu a mnohem více.

Výrobci systémů slané vody nabízejí různé verze modelů lišících se spotřebou energie konverzní jednotky, konstrukcí a rozměry externích výměníků tepla a parametry výstupního okruhu. Výběr optimálního tepelného čerpadla na předem vytvořeném seznamu požadavků je snadný.

Rozdělení podle typu těla

Moderní tepelná čerpadla mohou jako transportér tepla používat plynné těleso nebo chemický roztok kapalného amoniaku. Vhodnost konkrétního schématu je hodnocena několika faktory, charakteristikami systémů.

1. Instalace pomocí freonu, mají cyklus tepelného čerpadla založený na stlačování a expanzi plynu. Jsou nějakým způsobem postaveny na kompresorovém okruhu. Zařízení má atraktivní výkonnostní ukazatele, ale má také nevýhody. Přestože vážená průměrná spotřeba systému v době provozního cyklu je stabilní, vedení je silně zatíženo. Tepelná čerpadla s plynným tepelným dopravníkem nebudou navíc užitečná v regionech, kde neexistují centralizované elektrické sítě nebo zdroj s dostatečnou nosností.
   
2. Zařízení odpařovacího typu s použitím roztoku amoniaku, mají pracovní cyklus založený na procesu odpařování látky při nízkých bodech varu. Zkapalňování po průchodu externího tepelného výměníku probíhá pod vlivem zdroje energie. Jedná se o tepelný hořák. Téměř jakékoliv palivo může být použito pro to: pevná látka, benzín, nafta, plyn, petrolej, v některých případech - methylalkohol. Proto jsou výparná tepelná čerpadla atraktivní v místech, kde není elektřina. Kromě toho, volba takového zařízení může tlačit levné palivo určitého typu v regionu.
   

Povaha pracovního média použitého v systému může hodně vypovídat o výkonu zařízení a výkonu. Tepelná čerpadla freonových kompresorů jsou tedy schopna prudkého trhnutí a rychle se zahřívají v místnosti. Modely odpařování čpavku pro takové výkony nejsou schopné. Jejich upřednostňovaný režim použití je stabilní, stálý provoz s nominálním vyzařováním tepla.

Výhody tepelných čerpadel a proveditelnost jejich instalace

Jak je uvedeno v reklamě, hlavní výhodou tepelných čerpadel je účinnost vytápění. Do jisté míry to funguje tak. Pokud má tepelné čerpadlo prostředí pro odběr energie, které zajišťuje optimální odečet teploty, instalace funguje efektivně, náklady na vytápění jsou sníženy o 70-80%. Existují však vždy případy, kdy tepelné čerpadlo může být iracionální investicí.

Účinnost tepelného čerpadla je dána následujícími technologickými vlastnostmi:

• parametr mezního omezení snížení teploty pracovním médiem;
• minimální rozdíl teplot vnějšího výměníku a prostředí, ve kterém je extrakce tepla extrémně malá;
• úroveň spotřeby energie a zpětný ráz užitečného tepelného výkonu.

Možnost použití tepelného čerpadla závisí na několika faktorech.

1. Území, kde takové zařízení nevykazuje dobré výsledky - regiony s mrazivými zimami a nízkou denní průměrnou teplotou. V tomto případě tepelné čerpadlo jednoduše není schopno vytěžit dostatek tepla z okolního prostředí, blíží se k nule účinnosti. Jedná se především o systémy vzduch-vzduch.
2. S nárůstem objemu vytápěného prostoru se technologické parametry tepelného čerpadla zvyšují téměř exponenciálně.Výměníky tepla se zvětší, velikost a počet ponorných sond se zvýší ve vodě nebo v zemi. V určitém okamžiku je zapotřebí náklady na tepelné čerpadlo pro vytápění náklady na jeho instalaci a údržbu, stejně jako platba spotřeby energie jsou jednoduše iracionální investice. Je mnohem levnější vytvořit klasické plynové vytápění s kotlem.
3. Čím složitější je systém, tím dražší a problematičtější opravy v případě poruchy. To je negativní doplněk k velikosti vytápěného prostoru a vlastností klimatické zóny.

Klasika je tepelného čerpadla a kotle na plyn / tuhá palivapráce ve svazku. Myšlenka je jednoduchá: produkty spalování paliva se zobrazují na širokém potrubí. Je zde umístěn výměník tepla. V systému vytápění a zásobování teplou vodou jsou instalovány akumulační nádrže a nepřímý topný kotel. Zařízení (kotel a čerpadlo) se aktivuje současně, když teplota kapaliny v distribuční síti klesne. Pracují ve dvojicích a téměř zcela využívají energii spalování paliva, což ukazuje ukazatele maximální účinnosti.

Systém s adaptací na environmentální charakteristiky je postaven na tepelné čerpadlo, ventilátorová jednotka, tepelná pistole jakékoliv třídy. Při dostatečně vysoké teplotě venkovního vzduchu (až do -5 ... -10 stupňů Celsia) tepelné čerpadlo pracuje normálně a poskytuje dostatečný výkon pro vytápění. Konstrukčním prvkem systému je umístění externího výměníku tepla v samostatném větracím kanálu. Když je teplota na ulici pod optimální značkou, přiváděný vzduch je ohříván tepelnou pistolí (nafta, elektrická nebo plynová).

Za zmínku stojí, že většina systémů zahrnujících adaptaci na teplotu vzduchu nebo stabilizační parametry provozu tepelného čerpadla jsou aplikována na zařízení vzduch-vzduch a vzduch-voda. Jiné systémy, kvůli externím výměníkům tepla izolovaným v zemi nebo ve vodě, neumožňují vytvářet takové „skleníkové“ pracovní podmínky.

Hlavní charakteristiky a výpočet výkonu tepelného čerpadla

Celková racionálnost instalace tepelného čerpadla pro vytápění domu se odhaduje především o finančních nákladech. Patří mezi ně:

• kupní cena zařízení;
• náklady na instalaci, které mohou zahrnovat zemní práce;
• náklady na pravidelnou údržbu;
• náklady na odstranění častých problémů.

Volba výkonového modeluJak je uvedeno výše, vychází z celkové potřeby zásobování teplem. Přibližný výpočet pro jednopodlažní dům o rozměrech 10x10 metrů (300 kubických metrů objemu) vypadá takto:

• bere v úvahu maximální negativní zimní teplotu (-20);
• určuje rozdíl mezi prostorem a prostředím (20 - -20 = 40);
• Tepelné ztráty stěn se vypočítají podle referenčních údajů o jejich materiálu (u cihly je tabulková hodnota 1, tepelná ztráta je 1x300x40 - 12000 kilokalorií za hodinu nebo 13,5 kW).

Výsledná hodnota je ukazatelem minimálního výkonu tepelného čerpadla, které je dostatečné k vytápění domu. Pro volbu optimálního modelu musí být charakteristika zvýšena alespoň o 50%. To se děje díky tomu, že tepelné čerpadlo bude muset v zimě pracovat v optimálních podmínkách, v blízkosti nejnižšího bodu nulové účinnosti při okolní teplotě. Výsledná hodnota pro uvažovaný příklad je asi 20 kW.

Druhá část výpočtu je Volba kapacity zásobníku. Doporučuje se instalovat tuto část systému tak, aby tepelné čerpadlo mohlo pracovat po omezený počet cyklů denně.Dokumentace zařízení poskytuje doporučení pro kapacitu akumulace tepla pro konkrétní cyklický index. Průměrná hodnota je 30 litrů na kilowatt s 3 starty, 20 litrů s 5 starty. Pro dům v tomto příkladu tedy budete potřebovat zásobní nádrž nejméně 400 litrů na pět cyklů provozu tepelného čerpadla denně.

Závěr

Pokud se v důsledku analýzy klimatu, dostupných zdrojů energie, povahy půdy, rozhodlo koupit tepelné čerpadlo pro vytápění, doporučuje se svěřit návrh systému profesionálům. Optimální volba modelu je založena nejen na vlastnostech zařízení a mechanice jeho práce. Odborníci budou brát v úvahu přenos tepla z půdy, zvolit kombinované schéma s dobrou účinností, vypočítat nejlepší možnost pro provádění zemních prací. Proto topný systém s tepelným čerpadlem, vyvinutý odborníky, vás nezklame s překvapením a lituje vaší volby.