U pogoršanju stanja okoliša u svijetu i (što je važnije za prosječnog potrošača) brzom porastu tarifa za plin i struju, sve više Europljana pokušava uvesti sustave koji koriste alternativne izvore energije u svakodnevni život. Jedna od opcija takvih sustava je takozvana toplinska pumpa, pomoću koje možete grijati svoj dom zimi i grijati vodu za kućne potrebe, trošeći na njega najmanje električne energije.
Posljednjih godina u domovima naših sunarodnjaka sve se češće možete susresti s tim čudom inženjeringa. Naravno, za Ruse, problem visokih cijena tradicionalnih izvora energije nije toliko akutan kao u Europi, ali, prvo, to je zasad samo, a drugo, ne želim zaostajati za civiliziranim svijetom ...
Dakle, toplinska pumpa ... Što je to? Na čemu se temelji princip njegovog djelovanja? Gdje, gdje i kako prenosi toplinu? Hajde da ispravimo.
sadržaj:
Princip rada toplinske crpke
Princip rada toplinskih crpki temelji se na sposobnosti neke tvari (rashladnog sredstva) da apsorbira ili odvaja toplinu kada se stanje agregacije promijeni. U suštini, takve se pumpe ne razlikuju mnogo od rashladnih jedinica. (Ova čudna, na prvi pogled, izjava neće vas nimalo iznenaditi ako ste ikada dotakli vrući stražnji zid običnog kućnog hladnjaka.)
Shematski, toplinska crpka može biti predstavljena kao sustav koji se sastoji od tri kruga. Prvi je rashladno sredstvo koje prenosi energiju iz izvora niske potencijalne topline. U drugom krugu cirkulira rashladno sredstvo (freon), koje periodično isparava, uzimajući toplinu iz prvog kruga, a zatim se ponovo kondenzira, dajući ga trećem krugu. I na kraju, hladnjak „teče“ duž trećeg kruga, u našem slučaju, vodu koja prenosi toplinu kroz sustav grijanja.
Radni ciklus toplinske crpke općenito se može opisati na sljedeći način. Tekuće rashladno sredstvo ulazi u isparivač, gdje prelazi u plinovito stanje. Energija potrebna za taj proces teče iz rashladne tekućine koja kruži u primarnom krugu. Nadalje, plinoviti rashladno sredstvo zagrijano za nekoliko stupnjeva usisava se u kompresor, čija je glavna svrha kompresija plina (naravno, to troši električnu energiju).
Tlak plina povećava se nekoliko puta, a značajno se zagrijava: ako je temperatura rashladnog sredstva na ulazu u kompresor 6-10 ° C, tada je na izlazu već oko 60 ° C. U sljedećoj fazi zagrijani plin šalje se u kondenzator, gdje daje primljenu toplinu u sustav grijanja, a sam se kondenzira, tj. prelazi u tekuće stanje. Nadtlak se zatim otpušta pomoću leptira za ventil i ciklus se pokreće iznova.
Kao što možete vidjeti, uređaj toplinske pumpe bitno se ne razlikuje od uređaja rashladnog stroja. Upravo je glavna svrha rashladnih jedinica da stvaraju hladnoću, pa tamo toplinu odvodi isparivač, a kondenzator tu toplinu samo odvodi u okolni prostor.Kod toplinske crpke slika je suprotna: kondenzator je izmjenjivač topline koji potrošaču daje toplinu, a isparivač je izmjenjivač topline koji koristi nisku potencijalnu toplinu sekundarnih izvora energije.
Drugim riječima, toplinska pumpa je "hladnjak obrnuto". Istodobno, "obrnuto" nije samo uređaj, već i rezultat. Ako se u slučaju hladnjaka troši toplina uzeta iz proizvoda pohranjenih u unutrašnjosti, tada energija stvorena toplinskom pumpom donosi stvarne koristi - troši se na ciljano grijanje kuće.
Vrste toplinskih pumpi i sustava
Toplinska energija potrošena na grijanje zgrade i sustava tople vode rezultat je pretvaranja energije okoliša pomoću toplinske pumpe. Crpka koncentrira tu energiju niskog potencijala (niske temperature) i prenosi je u sustav grijanja.
Ostaje nam razumjeti što se u ovom slučaju misli pod energijom okoliša. Većina domaćih toplinskih crpki omogućuje vam uporabu topline sunca i unutarnje topline zemlje, akumulirane od strane gornjih slojeva zemljine kore i vode tijekom cijele godine.
Prema vrsti dizajna prvog kruga izmjenjivača topline, sve se toplinske crpke dijele na tlo, vodu i zrak.
Podzemne toplotne pumpe
Toplinske pumpe za zemlju primaju toplinu potrebnu za zagrijavanje rashladnog sredstva u isparivaču iz zemlje. Temperatura potonjeg na dubini od nekoliko metara praktički nije podložna sezonskim fluktuacijama. U zatvorenom sustavu cijevi smještenih u zemlju cirkulira "slana". Nije slučajno da smo riječ "kiseli krastavac" uzeli u navodnicima: sol, kao što se može očekivati od naziva, ne sadrži je. U stvari, to je antifriz na bazi etilen glikola ili propilen glikola, rjeđe vodenog etanola. Cijevi za izmjenjivač topline mogu se položiti u zemlju vodoravno (vodoravni kolektor) i okomito (geotermalna sonda).
Cijevi vodoravnog kolektora polažu se u zemlju na dubini ispod razine smrzavanja tla na ovom području (obično 1,5-2 m). Sustav izmjene topline ove vrste zauzima prilično veliko područje. Na primjer, za grijanje relativno male kuće s površinom od 100 m2 trebate izdvojiti 2-3 hektara zemlje. Treba uzeti u obzir da se na teritoriju koji zauzima kolekcionar mogu zasaditi samo ona stabla i grmlje, čije korijenje ne ide previše duboko u tlo, a ovdje je potpuno nemoguće postaviti bilo kakve zgrade.
Geotermalna sonda je izmjenjivač topline, čije su cijevi smještene okomito i uronjene u tlo do dubine od 100-200 m. Broj ugrađenih sondi ovisi o potrebnom kapacitetu instalacije. Za zagrijavanje kuće, što smo već uzeli u obzir kao primjer, bit će dovoljno koristiti dvije sonde duljine oko 80 m, smještene na udaljenosti od 5 m jedna od druge.
Kao što vidite, ovaj sustav ne zahtijeva velike površine, možete izbušiti bušotine u bilo kojem dijelu vaše web stranice - gdje god vam je zgodno. Glavni nedostatak toplinskih pumpi tla s geotermalnim sondama je visoki trošak bušenja bušotine. Međutim, unatoč tome, većina korisnika daje prednost upravo tim sustavima jer su geotermalne sonde efikasnije od horizontalnih kolektora i imaju manje ograničenja.
Bušenje bunara za geotermalnu sondu.
Toplinske pumpe za vodu
Toplotna pumpa vode "uvlači" energiju podzemne vode koju pumpa kroz svoj isparivač. Takav sustav karakterizira povećana učinkovitost i dobra stabilnost: prva je karakteristika rezultat visokog prijenosa topline vode, a druga zbog postojanosti temperature podzemne vode.
Naravno, za upotrebu ove vrste instalacija potrebno je da te iste podzemne vode budu dostupne na vašem području i u dovoljno velikoj količini. Vrlo je poželjno da se vodonosnik nalazi ne dublje od 30-40 m. Istodobno ispunjavanje ova dva uvjeta rijetka je pojava. Drugi uvjet, čiji propust može postati prepreka ugradnji vodene toplinske pumpe u vašoj kući ili vikendici, je nizak sadržaj željeznih soli i drugih nečistoća u podzemnoj vodi.
Korištenje vode niske kvalitete uzrokovat će da se oprema brzo pokvari, jer se izmjenjivač topline jednostavno začepi. Prisutnost tolikih ograničenja razlog je što se takve toplotne crpke, unatoč svojoj atraktivnosti, postavljaju rijetko (oko 5% svih realiziranih projekata).
Zračne pumpe za zrak
U pogledu jednostavne instalacije, zračne toplinske pumpe imaju ogromnu prednost u odnosu na svoju "braću". Da biste koristili vanjski zrak kao izvor topline, ne morate bušiti bušotine ili obavljati bilo kakve druge velike radove na tlu. Kao rezultat, ako procijenite troškove ugradnje opreme, zračna crpka koštat će vas mnogo manje od pumpe za vodu ili zemlju.
Unatoč tako značajnoj prednosti, ovu vrstu klimatske opreme ne možemo nazvati idealnom, jer ima i značajnu manu. Takva crpka učinkovito radi samo kad je temperatura okoline iznad –15 ° C ... –20 ° C. Pad temperature ispod ove granice, što zimi nije neuobičajeno u većini krajeva naše zemlje, dovodi do značajnog smanjenja koeficijenta učinkovitosti zračne toplinske pumpe.
Omjer učinkovitosti toplinske pumpe
Nešto veći, koristili smo novi izraz - "koeficijent učinkovitosti". Bilo bi pogrešno ne objasniti o čemu se radi, pogotovo jer je važno svojstvo toplinskih pumpi koje vam omogućuje da usporedite različite vrste crpki jedna s drugom.
Koeficijent učinkovitosti (također se naziva i koeficijent transformacije) je omjer toplinske energije koju generira crpka i električne energije koju ona troši. Zapravo, to je učinkovitost toplinske pumpe. U slučaju toplinskih pumpi za vodu, ovaj je koeficijent 5, bez obzira na doba godine. To znači da kada se potroši 1 kW * h električne energije, instalacija stvara 5 kW * h toplinske energije.
U crpkama tla vrijednost koeficijenta učinkovitosti je nešto niža - od 4 do 4,5. I na kraju, zračne toplinske crpke karakterizira najmanji koeficijent, a njihova učinkovitost snažno ovisi o temperaturi okoline: pri 0 ° C koeficijent je ~ 3,5, a na –20 ° C ne prelazi 1,5 (pri tako niskoj učinkovitosti pumpa jednostavno se ne isplati i ima smisla razmišljati o kupnji jeftinije klimatske opreme, kao što je električni bojler).
Neki menadžeri, oglašavajući toplinske pumpe koje prodaju, uvjeravaju potencijalne kupce da ta oprema ima učinkovitost od 400-500%. Naravno, nema govora o bilo kakvom kršenju zakona termodinamike. U ovom slučaju proračuni su namjerno napravljeni pogrešno: izvori energije koji nisu potrošeni električna energija se ne uzimaju u obzir - zrak, voda ili tlo, zagrijano od Sunca i geotermalni procesi. Kada se pri izračunavanju učinkovitosti uzima u obzir samo električna energija i zaboravljaju na izvor niskokvalitetne topline, rezultat je veći od 100%.
Uporaba toplinskih pumpi u ruskoj klimi
Upoznavši se s gornjim opisima raznih vrsta toplinskih pumpi, lako možete sami odgovoriti na pitanje koja je pumpa najprikladnija za rad u ruskoj klimi.
Zračne dizalice topline pogodne su za upotrebu samo u ograničenom broju regija naše države - gdje temperatura zraka zimi gotovo ne pada ispod nule. Naravno, stanovnici Sibira, Dalekog Istoka, sjevera evropskog dijela Rusije ne bi trebali ni razmišljati o zračnim toplinskim crpkama.
Postoje mnoga ograničenja upotrebe vodenih toplinskih pumpi. O nekim od njih smo već razgovarali, ostaje nam spomenuti još jedan. Više od polovice teritorija naše zemlje nalazi se u zoni permafrosta. Ako čak i neki stanovnik istočnog Sibira ili sjevera dalekog istoka ima „sreće“ i na njegovom dijelu ima podzemna voda koja ne leži previše duboko, onda su te podzemne vode u obliku leda, što znači da nisu prikladne za upotrebu u sustavu grijanja. ,
Dakle, većina naših sunarodnika mora se osloniti na jedinu, win-win, opciju - podzemnu toplinsku pumpu. Istodobno, u ruskoj klimi prikladnija je pumpa s vodoravnim sakupljačem, ali s geotermalnom sondom koja omogućava postizanje dubine na kojoj je temperatura tla stabilnija.
Primjena toplinske pumpe za hlađenje
Ogromna prednost toplinskih pumpi je u tome što su u stanju ne samo zagrijati kuću, već i po potrebi je rashladiti. Naše kratko rusko ljeto ponekad je vrlo vruće, a kad vam dom doslovno postane vruć, prijedlog za pretvaranje grijača u klima uređaj bit će vrlo koristan.
Tehničko rješenje ovog problema može se integrirati u toplinsku pumpu u početku, u fazi proizvodnje, a gotovo svi proizvođači imaju niz crpki koje mogu uvjetovati prostoriju (način prirodnog hlađenja). Ako vaša toplinska pumpa nema takve sposobnosti, još uvijek sve nije izgubljeno - redovita crpka može raditi na hlađenju. Potrebna dodatna oprema u obliku hidrauličkog odvajanja bit će montirana izvan crpke. Obje opcije ne zahtijevaju velika ulaganja.
Na različite načine možete nositi hladnoću koju stvara toplinska pumpa izravno u sobu. Ova se funkcija može dodijeliti hladnim pločama na zidovima ili stropovima, hlađenju podnog grijanja, radijatorima s dobrim protokom zraka ili ventilacijskom svitkom - uređaj u koji je ugrađen ventilator za ploču izmjenjivač topline.
Uporaba toplinske pumpe za toplu vodu
Bilo koja toplinska pumpa ne može samo grijati vaš dom, već i opskrbljivati vas toplom vodom tijekom cijele godine. Međutim, treba imati na umu da je ovaj sustav niska temperatura, što znači da temperatura vode u bojleru neće prelaziti 45-55 ° C. Iz toga slijedi da bi volumen kotla trebao biti veći nego kada koristite standardni sustav grijanja, jer ćete u protivnom morati živjeti u uvjetima štednje tople vode.
Ovu činjenicu treba uzeti u obzir prilikom raspodjele prostora za kotlovnicu, tj. Čak i u fazi projektiranja kuće. Također, pri odabiru kotla, morate uzeti u obzir da bi to trebala biti posebna oprema dizajnirana za rad s instalacijama toplinske crpke. Glavna razlika između ovog kotla i uobičajenog je povećana površina izmjenjivača topline koja je potrebna za najučinkovitiji prijenos topline iz toplinske pumpe.
Toplinske pumpe s integriranim grijaćim elementom
Proizvođači često integriraju dodatne električne grijače u svoje toplinske pumpe. Ugrađeni grijač omogućuje, ako je potrebno, prelazak na alternativni izvor energije s gledišta toplinske pumpe - električne energije. Za što je ovo? U kojim je slučajevima potrebno koristiti TEN?
Odabir toplinske crpke za grijanje kuće provodi se uzimajući u obzir različite parametre, uključujući klimatske karakteristike regije. U ovom se slučaju smatra nepraktičnim instalirati crpku s viškom snage.Činjenica je da se izuzetno hladni dani ne događaju vrlo često, barem u srednjoeuropskom dijelu Rusije. Praksa pokazuje da je ekonomičnija opcija „nabaviti“ potrebnu snagu električnom energijom tijekom ovih mraznih razdoblja nego u početku instalirati snažniju crpku. Prisutnost grijaćeg elementa eliminira potrebu za sustavom snažnijim nego što to zahtijeva većina sezone grijanja.
Za vlasnike toplinskih pumpi za vodu i zemlju integrirani grijač više je višak nego potreban. Situacija s zračnim toplinskim crpkama izgleda potpuno drugačije. Pri temperaturi zraka od –20 ° C ili nižoj, takva crpka, ako se ne isključi, neće biti učinkovita. I premda u godini nema jako puno hladnih dana i noći, ne želim ni u jednom lijepom trenutku ostati u kući koja se brzo smrzava. Prisutnost dvostrukog generatora topline u ovom se slučaju ne može nazvati luksuzom.
Zračna pumpa za zrak.
Savjeti i trikovi
Toplinska crpka tehnički je sofisticirana i prilično skupa oprema, stoga joj trebate pristupiti s velikom odgovornošću. Da ne bismo bili neutemeljeni, dajemo neke vrlo konkretne preporuke.
1. Nikada ne započinjte s odabirom toplinske crpke bez izrade računa i stvaranja projekta. Nedostatak projekta može uzrokovati kobne pogreške, koje se mogu ispraviti samo uz pomoć ogromnih dodatnih financijskih ulaganja.
2. Dizajn, ugradnju i održavanje toplinske pumpe i sustava grijanja trebaju povjeriti samo profesionalci. Kako osigurati da profesionalci rade u ovoj tvrtki? Prije svega, prema dostupnosti sve potrebne dokumentacije, portfelju prodanih predmeta, potvrda dobavljača opreme. Izuzetno je poželjno da čitav niz potrebnih usluga pruža jedna tvrtka koja će u ovom slučaju biti u potpunosti odgovorna za provedbu projekta.
3. Savjetujemo vam da dajete prednost toplinskoj pumpi europske izrade. Nemojte se zbuniti činjenicom da je skuplja od kineske ili ruske opreme. Kada u procjenu uključite troškove ugradnje, puštanja u rad i uklanjanja pogrešaka čitavog sustava grijanja, razlika u cijeni crpki bit će gotovo neprimjetna. No s druge strane, imate „Europljanin“ na raspolaganju, bit ćete sigurni u njegovu pouzdanost, jer je visoka cijena crpke samo rezultat korištenja modernih tehnologija i visokokvalitetnih materijala pri stvaranju.
