Топлинна помпа за отопление на къща: принцип на работа, сортове и употреба

Влошаващата се екологична ситуация в света и (по-важно за обикновения потребител) бързото повишаване на тарифите за газ и електроенергия, все повече европейци се опитват да въведат в ежедневието си системи, използващи алтернативни енергийни източници. Една от опциите за такива системи е така наречената термопомпа, чрез която можете да отоплявате дома си през зимата и да загрявате вода за битови нужди, изразходвайки минимум електричество за него.

В домовете на нашите сънародници през последните години също все по-често можете да срещнете това чудо на инженерството. Разбира се, за руснаците проблемът с високите цени на традиционните енергийни източници не е толкова остър, колкото в Европа, но, първо, той е само за момента, и второ, не искам да изоставам от цивилизования свят ...

Значи термопомпата ... Какво е това? На какво се основава принципът на неговото действие? Къде, къде и как прехвърля топлината? Нека се оправим.

Принципът на работа на термопомпата

Принципът на работа на термопомпите се основава на способността на вещество (хладилен агент) да абсорбира или отделя топлина, когато състоянието на агрегация се промени. По същество такива помпи не се различават много от хладилните агрегати. (Това странно на пръв поглед изявление изобщо няма да ви изненада, ако някога сте докоснали горещата задна стена на обикновен домакински хладилник.)

Схематично термопомпата може да бъде представена като система, състояща се от три вериги. Първият е охлаждаща течност, която предава енергия от източник на ниско потенциална топлина. Във втората верига циркулира хладилен агент (фреон), който периодично се изпарява, отнемайки топлина от първата верига, след което отново се кондензира, подавайки я към третата верига. И накрая, радиаторът „тече“ по третата верига, в нашия случай вода, която предава топлина през отоплителната система.

Работният цикъл на термопомпата като цяло може да бъде описан по следния начин. Течният хладилен агент влиза в изпарителя, където преминава в газообразно състояние. Енергията, необходима за протичане на този процес, се взема от охлаждащата течност, циркулираща в първи контур. След това в компресора се всмуква газообразен хладилен агент, подгряван с няколко градуса, основната цел на който е да компресира газа (разбира се, това консумира електроенергия).

Налягането на газа се увеличава няколко пъти, като същевременно се затопля значително: ако температурата на хладилния агент на входа към компресора е 6-10 ° C, то на изхода вече е около 60 ° C. На следващия етап нагрятият газ се изпраща до кондензатора, където той отвежда получената топлина към отоплителната система, докато той се кондензира, т.е. преминава в течно състояние. След това свръхналягането се освобождава с дроселен клапан и цикълът започва отново.

Както можете да видите, устройството на термопомпата не се различава съществено от устройството на чилъра. Просто основната цел на хладилните агрегати е да генерират студ, така че топлината се поема от изпарителя, а кондензаторът само изхвърля тази топлина в околното пространство.В термопомпата картината е обратна: кондензаторът е топлообменник, който дава топлина на потребителя, а изпарителят е топлообменник, който използва ниската потенциална топлина на вторичните енергийни ресурси.

С други думи, термопомпата е „хладилник, обратно“. В същото време „обратното“ е не само устройство, но и резултат. Ако в случай на хладилник топлината, взета от продуктите, съхранявани вътре, се губи, тогава енергията, генерирана от термопомпата, носи реални ползи - тя се изразходва за целенасочено отопление на къщата.

Разновидности на термопомпи и системи

Топлинната енергия, изразходвана за отопление на сградата и системата за топла вода, е резултат от преобразуването на околната среда чрез използване на термопомпа. Помпата концентрира тази ниско-потенциална (нискотемпературна) енергия и я прехвърля в отоплителната система.

Остава да разберем какво се има предвид в случая с енергията на околната среда. Повечето битови термопомпи ви позволяват да използвате топлината на слънцето и вътрешната топлина на земята, натрупана от горните слоеве на земната кора и вода през цялата година.

По вида на конструкцията на първата верига на топлообменника всички термопомпи са разделени на почва, вода и въздух.

Наземни топлинни помпи

Наземните термопомпи получават топлината, необходима за загряване на хладилния агент в изпарителя от земята. Температурата на последните на дълбочина от няколко метра практически не е обект на сезонни колебания. В затворена система от тръби, поставени в земята, циркулира "саламура". Не случайно сме взели думата „туршия“ в кавички: солта, както може да се очаква от името, не я съдържа. Всъщност това е антифриз на базата на етиленгликол или пропилен гликол, по-рядко воден етанол. Топлообменните тръби могат да бъдат положени в земята както хоризонтално (хоризонтален колектор), така и вертикално (геотермална сонда).

Тръбите на хоризонталния колектор се полагат в земята на дълбочина под нивото на замръзване на почвата в този регион (обикновено 1,5-2 м). Топлообменната система от този тип заема доста голяма площ. Например, за да се осигури топлина на сравнително малка къща с площ от 100 m² трябва да отделите 2-3 декара земя. Трябва да се вземе предвид, че на територията, заета от колектора, могат да се засаждат само онези дървета и храсти, чиито корени не отиват твърде дълбоко в почвата и е напълно невъзможно да се поставят тук никакви сгради.

Геотермалната сонда е топлообменник, чиито тръби са разположени вертикално и потопени в почвата на дълбочина 100-200 м. Броят на монтираните сонди зависи от необходимия капацитет на инсталацията. За отопление на къщата, което вече разгледахме по-горе като пример, ще бъде достатъчно да се използват две сонди с дължина около 80 м, разположени на разстояние 5 м една от друга.

Както можете да видите, тази система не изисква големи площи, можете да пробивате кладенци във всяка част на вашия сайт - където е удобно за вас. Основният недостатък на почвените термопомпи с геотермални сонди е високата цена на сондажното сондиране. Въпреки това, повечето потребители предпочитат именно тези системи, тъй като геотермалните сонди са по-ефективни от хоризонталните колектори и имат по-малко ограничения.

Пробиване на кладенец за геотермална сонда.

Водни термопомпи

Водната термопомпа "черпи" енергията на подземните води, която изпомпва през своя изпарител. Такава система се характеризира с повишена ефективност и добра стабилност: първата характеристика е резултат от високия топлопренос на вода, втората се дължи на постоянството на температурата на подземните води.

Разбира се, за да използвате този тип инсталация, е необходимо същите тези подземни води да бъдат налични на вашата територия и в достатъчно голямо количество. Много е желателно водоносният хоризонт да се намира не по-дълбоко от 30-40 м. Едновременното изпълнение на тези две условия е рядко явление. Друго условие, чието неизпълнение може да се превърне в пречка за инсталирането на водна термопомпа във вашата къща или къщичка, е ниското съдържание на железни соли и други примеси в подземните води.

Използването на вода с ниско качество ще доведе до бързо отказ на оборудването, тъй като топлообменникът просто се запушва. Наличието на толкова много ограничения е причина, че такива термопомпи, въпреки своята привлекателност, се инсталират рядко (около 5% от всички реализирани проекти).

Въздушни термопомпи

По отношение на лесната инсталация, въздушните термопомпи имат огромно предимство пред своите „братя“. За да използвате околния въздух като източник на топлина, не е необходимо да пробивате кладенци или да извършвате други мащабни почвени работи. В резултат на това, ако поставите в прогнозата разходите за инсталиране на оборудване, въздушна помпа ще ви струва много по-малко от помпа за вода или земя.

Въпреки такова значително предимство, този тип климатично оборудване не може да се нарече идеален, тъй като той също има значителен недостатък. Такава помпа работи ефективно само когато температурата на околната среда е над –15 ° C ... –20 ° C. Спадът на температурата под тази граница, който не е рядкост в повечето региони на страната ни през зимата, води до значително намаляване на коефициента на полезно действие на въздушна термопомпа.

Коефициент на ефективност на термопомпата

Малко по-високо използвахме новия термин - „коефициент на ефективност“. Би било погрешно да не се обяснява какво е това, още повече, че е важна характеристика на термопомпите, която ви позволява да сравнявате различни видове помпи помежду си.

Коефициентът на ефективност (наричан още коефициент на трансформация) е отношението на топлинната енергия, генерирана от помпата, към електрическата енергия, консумирана от нея. Всъщност това е ефективността на термопомпата. В случай на водни термопомпи този коефициент е 5, независимо от времето на годината. Това означава, че когато се консумира 1 kW * h електроенергия, инсталацията генерира 5 kW * h топлинна енергия.

При почвените помпи стойността на коефициента на ефективност е малко по-ниска - от 4 до 4,5. И накрая, въздушните термопомпи се характеризират с най-малкия коефициент и тяхната ефективност силно зависи от температурата на околната среда: при 0 ° C коефициентът е ~ 3,5, а при –20 ° C не надвишава 1,5 (при такава ниска ефективност помпата просто не се изплаща и има смисъл да се мисли за закупуване на по-евтино климатично оборудване, като електрически бойлер).

Някои мениджъри, рекламирайки термопомпите, които продават, уверяват потенциалните клиенти, че това оборудване има ефективност от 400-500%. Разбира се, не се говори за нарушение на законите на термодинамиката. Просто в този случай изчисленията са умишлено направени погрешно: източниците на енергия, различни от консумираната електроенергия, не се вземат предвид - въздух, вода или почва, загрята от Слънцето и геотермални процеси. Когато при изчисляване на ефективността се взема предвид само електричеството и те забравят за източника на нискокачествена топлина, резултатът е повече от 100%.

Използването на термопомпи в руския климат

След като се запознаете с горните описания на различните видове термопомпи, можете лесно да отговорите на въпроса коя помпа е най-подходяща за работа в руския климат.

Въздушните термопомпи са подходящи за използване само в ограничен брой региони на страната ни - където температурата на въздуха през зимата почти не пада под нулата. Разбира се, жителите на Сибир, Далечния Изток, на север от европейската част на Русия не бива дори да мислят за въздушни термопомпи.

Има много ограничения за използването на водни термопомпи. Вече говорихме за някои от тях, остава да споменем още един. Повече от половината от територията на страната ни се намира в зоната на вечния мраз. Ако дори някой жител на Източен Сибир или на север от Далечния Изток има "късмет" и в неговия участък има подземна вода, която не лежи твърде дълбоко, тогава тези подземни води са под формата на лед, което означава, че не е подходяща за използване в отоплителната система ,

По този начин повечето от нашите сънародници трябва да разчитат на единствената, печеливша опция - наземна термопомпа. В същото време в руски климат помпата с хоризонтален колектор, но с геотермална сонда, която позволява достигане на дълбочина, където температурата на почвата е по-стабилна, е по-подходяща.

Приложение на термопомпа за охлаждане

Огромно предимство на термопомпите е, че те са в състояние не само да отопляват къщата, но и да я охлаждат, ако е необходимо. Нашето кратко руско лято понякога е много горещо и когато домът ви буквално стане горещ, предложението да превърнете нагревателя в климатик ще бъде много полезно.

Техническото решение на този проблем може да бъде интегрирано в термопомпата първоначално, на етапа на производство, и почти всички производители разполагат с набор от помпи, които могат да кондиционират помещението (режим естествено охлаждане). Ако вашата термопомпа няма такива способности, все още не се губи - обикновена помпа може да работи за охлаждане. Необходимото допълнително оборудване под формата на хидравлично отделяне ще бъде монтирано извън помпата. И двата варианта не изискват големи инвестиции.

Можете да пренасяте студа, генериран от термопомпата директно в стаята по различни начини. Тази функция може да бъде възложена на студени панели по стени или тавани, охлаждане на подово отопление, радиатори с добър въздушен поток или вентилаторна намотка - устройство, в което е интегриран плосък топлообменник, издухан от вентилатор.

Използването на термопомпа за топла вода

Всяка термопомпа може не само да отоплява дома ви, но и да ви доставя гореща вода през цялата година. Трябва обаче да се има предвид, че тази система е с ниска температура, което означава, че температурата на водата в котела няма да надвишава 45-55 ° C. От това следва, че обемът на котела трябва да бъде по-голям, отколкото при използване на стандартна отоплителна система, в противен случай вие и вашето домакинство ще трябва да живеете в условия на строга топла вода.

Този факт трябва да се вземе предвид, когато се разпределя пространство за котелно, т.е. дори на етапа на проектиране на къща. Също така, когато избирате бойлер, трябва да вземете предвид, че това трябва да бъде специално оборудване, предназначено за работа с инсталации за термопомпи. Основната разлика между този котел и обичайния е увеличената площ на топлообменника, необходима за най-ефективен пренос на топлина от термопомпата.

Топлинни помпи с интегриран нагревателен елемент

Често производителите интегрират допълнителни електрически нагреватели в своите термопомпи. Вграденият нагревател позволява, ако е необходимо, да се премине към алтернативен източник на енергия от гледна точка на термопомпата - електричество. За какво е това? В какви случаи има нужда от използване на TEN?

Изборът на термопомпа за отопление на къща се извършва, като се вземат предвид различни параметри, включително климатичните характеристики на региона. В този случай се счита за непрактично да се инсталира помпа с излишна мощност.Факт е, че изключително студените дни не се случват много често, поне в централноевропейската част на Русия. Практиката показва, че по-икономичен вариант е да „вземете“ необходимата мощност с електричество през тези мразовити периоди, отколкото първоначално да инсталирате по-мощна помпа. Наличието на нагревателен елемент елиминира необходимостта системата да стане по-мощна, отколкото изисква по-голямата част от отоплителния сезон.

За собствениците на термопомпи за вода и земя интегрираният нагревател е повече от излишък, отколкото необходимост. Ситуацията с въздушните термопомпи изглежда напълно различна. При температура на въздуха от –20 ° C или по-ниска такава помпа, ако не се изключи, ще бъде неефективна. И въпреки че през годината няма много студени дни и нощи, не искам да остана в един бързо замръзващ дом в един прекрасен момент. Наличието на дублиран генератор на топлина в този случай не може да се нарече лукс.

Въздушна термопомпа.

Съвети и трикове

Термопомпата е технически сложно и доста скъпо оборудване, така че трябва да подходите към нея с голяма отговорност. За да не бъдем неоснователни, даваме някои много конкретни препоръки.

1. Никога не започвайте да избирате термопомпа, без първо да правите изчисления и да създавате проект. Липсата на проект може да доведе до фатални грешки, които могат да бъдат коригирани само с помощта на огромни допълнителни финансови инвестиции.

2. Само специалистите трябва да поверят проектирането, монтажа и поддръжката на термопомпата и отоплителната система. Как да се уверите, че професионалистите работят в тази компания? На първо място, според наличието на цялата необходима документация, портфолио от продадени обекти, сертификати от доставчици на оборудване. Много е желателно целият набор от необходими услуги да се предоставя от една компания, която в този случай ще бъде изцяло отговорна за изпълнението на проекта.

3. Съветваме ви да дадете предпочитание на термопомпа с европейско производство. Не се бъркайте с факта, че е по-скъпо от китайското или руското оборудване. Когато включите в оценката на разходите за монтаж, пускане в експлоатация и отстраняване на грешки на цялата отоплителна система, разликата в цената на помпите ще бъде почти незабележима. Но от друга страна, като разполагате с „европеец“ на ваше разположение, ще сте сигурни в неговата надеждност, тъй като високата цена на помпата е резултат само от използването на съвременни технологии и висококачествени материали при създаването й.