Šilumos siurblys namui šildyti: veikimo principas, rūšys ir naudojimas

Dėl blogėjančios aplinkosaugos padėties pasaulyje ir (svarbesnio paprastam vartotojui) sparčiai didėjančių dujų ir elektros tarifų, vis daugiau europiečių bando įdiegti sistemas, naudojančias alternatyvius energijos šaltinius, į savo kasdienį gyvenimą. Vienas iš tokių sistemų variantų yra vadinamasis šilumos siurblys, per kurį jūs galite šildyti namus žiemą ir šildyti vandenį buitinėms reikmėms, tam išleisdami minimalią elektros energiją.

Pastaraisiais metais mūsų tautiečių namuose taip pat vis dažniau galite sutikti šį inžinerijos stebuklą. Be abejo, rusams aukštų tradicinių energijos šaltinių kainų problema nėra tokia aktuali kaip Europoje, bet, pirma, ji yra tik laikina, ir, antra, aš nenoriu atsilikti nuo civilizuoto pasaulio ...

Taigi šilumos siurblys ... Kas tai? Kuo grindžiamas jo veiksmas? Kur, kur ir kaip jis perduoda šilumą? Leiskime tai teisingai.

Šilumos siurblio veikimo principas

Šilumos siurblių veikimo principas grindžiamas medžiagos (šaltnešio) gebėjimu absorbuoti arba atiduoti šilumą, kai keičiasi agregacijos būsena. Iš esmės tokie siurbliai nedaug kuo skiriasi nuo šaldymo įrenginių. (Šis keistas, iš pirmo žvilgsnio, teiginys jūsų visiškai nenustebins, jei kada nors palietėte įprastos buitinės šaldytuvo karštas galines sienas.)

Schematiškai šilumos siurblį galima apibūdinti kaip sistemą, susidedančią iš trijų grandinių. Pirmasis yra aušinimo skystis, perduodantis energiją iš mažo potencialo šilumos šaltinio. Antroje grandinėje cirkuliuoja šaltnešis (freonas), kuris periodiškai išgaruoja, paimdamas šilumą iš pirmosios grandinės, tada vėl kondensuojasi, atiduodamas į trečiąją grandinę. Ir, pagaliau, šilumos kriauklė „bėga“ palei trečiąją grandinę, mūsų atveju - vandenį, kuris perduoda šilumą per šildymo sistemą.

Šilumos siurblio darbo ciklą galima apibūdinti taip. Skystas šaltnešis patenka į garintuvą, kur jis pereina į dujinę būseną. Šiam procesui tekėti reikalinga energija imama iš aušinimo skysčio, cirkuliuojančio pirminėje grandinėje. Toliau dujinis šaltnešis, pašildytas keliais laipsniais, įsiurbiamas į kompresorių, kurio pagrindinis tikslas yra dujų suspaudimas (žinoma, tai sunaudoja elektros energiją).

Dujų slėgis padidėja kelis kartus, tuo tarpu smarkiai įšyla: jei aušinimo skysčio temperatūra kompresoriaus įleidimo angoje yra 6–10 ° C, tai išleidimo angoje jau yra apie 60 ° C. Kitame etape šildomos dujos siunčiamos į kondensatorių, kur jos atiduoda šilumą, gaunamą į šildymo sistemą, o kondensuojasi, t. pereina į skystą būseną. Tada droselio vožtuvu pašalinamas viršslėgis ir ciklas prasideda iš naujo.

Kaip matote, šilumos siurblio įtaisas iš esmės nesiskiria nuo šaldymo mašinos įtaiso. Tiesiog šaldymo agregatų pagrindinis tikslas yra generuoti šaltį, todėl šilumą pašalina garintuvas, o kondensatorius šią šilumą skleidžia tik į aplinkinę erdvę.Šilumos siurblyje yra atvirkščiai: kondensatorius yra šilumokaitis, kuris vartotojui teikia šilumą, o garintuvas yra šilumokaitis, kuris sunaudoja mažo galingumo antrinių energijos išteklių šilumą.

Kitaip tariant, šilumos siurblys yra „atvirkštinis šaldytuvas“. Tuo pačiu metu „atvirkščiai“ yra ne tik įrenginys, bet ir rezultatas. Jei šaldytuvo atveju šiluma, paimta iš viduje laikomų produktų, yra švaistoma, tada šilumos siurblio pagaminta energija duoda realią naudą - ji išleidžiama tikslingam namo šildymui.

Šilumos siurblių ir sistemų įvairovė

Šilumos energija, sunaudota pastato ir karšto vandens sistemai šildyti, yra aplinkos energijos konvertavimo, naudojant šilumos siurblį, rezultatas. Siurblys sukoncentruoja šią žemo potencialo (žemos temperatūros) energiją ir perduoda ją į šildymo sistemą.

Belieka suprasti, ką šiuo atveju reiškia aplinkos energija. Dauguma buitinių šilumos siurblių leidžia naudoti saulės ir vidinę žemės šilumą, kurią visus metus kaupia viršutiniai žemės plutos ir vandens sluoksniai.

Pagal šilumokaičio pirmosios grandinės konstrukcijos tipą visi šilumos siurbliai yra suskirstyti į dirvožemį, vandenį ir orą.

Grunto šilumos siurbliai

Grunto šilumos siurbliai gauna šilumą, reikalingą aušinimo skysčio pašildymui garintuve iš žemės. Pastarųjų temperatūra kelių metrų gylyje praktiškai nėra veikiama sezoninių svyravimų. Į uždarą žemėje esančių vamzdžių sistemą cirkuliuoja „sūrymas“. Neatsitiktinai žodį „marinuoti“ pavartojome kabutėse: druskos, kaip galima tikėtis iš pavadinimo, jos nėra. Tiesą sakant, tai yra antifrizas, kurio pagrindą sudaro etilenglikolis arba propilenglikolis, rečiau vandeninis etanolis. Šilumokaičio vamzdžiai gali būti klojami žemėje tiek horizontaliai (horizontalus kolektorius), tiek vertikaliai (geoterminis zondas).

Horizontaliojo kolektoriaus vamzdžiai klojami žemėje gylyje, esančiame žemiau dirvožemio užšalimo lygio šiame regione (paprastai 1,5–2 m). Šio tipo šilumos mainų sistema užima gana didelę plotą. Pavyzdžiui, norint suteikti šilumą palyginti mažam namui, kurio plotas 100 m² jums reikia skirti 2–3 ha žemės. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad kolektoriaus užimtoje teritorijoje gali būti sodinami tik tie medžiai ir krūmai, kurių šaknys per daug nenugrimzta į dirvožemį, ir visiškai neįmanoma čia pastatyti jokių pastatų.

Geoterminis zondas yra šilumokaitis, kurio vamzdžiai statomi vertikaliai ir panardinami į dirvožemį iki 100-200 m gylio. Įdiegtų zondų skaičius priklauso nuo reikalingos įrenginio talpos. Norėdami pašildyti namą, kurį mes jau svarstėme aukščiau kaip pavyzdį, pakaks dviejų maždaug 80 m ilgio zondų, esančių 5 m atstumu vienas nuo kito.

Kaip matote, šiai sistemai nereikia didelių plotų, bet kurioje svetainės vietoje galite gręžti šulinius - visur, kur jums patogu. Pagrindinis dirvožemio šilumos siurblių su geoterminiais zondais trūkumas yra didelė šulinių gręžimo kaina. Nepaisant to, dauguma vartotojų renkasi šias sistemas, nes geoterminiai zondai yra efektyvesni nei horizontalūs kolektoriai ir turi mažiau apribojimų.

Gręžiant šulinį geoterminiam zondui.

Vandens šilumos siurbliai

Vandens šilumos siurblys „ištraukia“ požeminio vandens energiją, kurią siurbia per garintuvą. Panašiai sistemai būdingas padidėjęs efektyvumas ir geras stabilumas: pirmoji savybė yra aukšto vandens šilumos perdavimo rezultatas, antra - dėl požeminio vandens temperatūros pastovumo.

Žinoma, norint naudoti tokio tipo įrenginius, būtina, kad tie patys požeminiai vandenys būtų jūsų teritorijoje ir pakankamai dideli. Labai pageidautina, kad vandeningasis sluoksnis būtų ne giliau kaip 30–40 m., Kad šios dvi sąlygos būtų įvykdytos vienu metu, tai yra nedažnas reiškinys. Kita sąlyga, kurios sugedimas gali tapti kliūtimi įrengti vandens šilumos siurblį jūsų namuose ar kotedžuose, yra nedidelis geležies druskų ir kitų priemaišų kiekis požeminiame vandenyje.

Naudojant žemos kokybės vandenį įranga greitai suges, nes šilumokaitis tiesiog užsikemša. Tiek daug apribojimų yra priežastis, kad tokie šilumos siurbliai, nepaisant jų patrauklumo, įrengiami nedažnai (apie 5% visų įgyvendintų projektų).

Oro šilumos siurbliai

Dėl patogumo montuoti oro šilumos siurbliai turi didžiulį pranašumą prieš „brolius“. Norėdami naudoti aplinkos orą kaip šilumos šaltinį, jums nereikia gręžti šulinių ar atlikti jokių kitų didelio masto dirvožemio darbų. Dėl to, jei įtrauksite sąmatos įrengimo išlaidas, oro siurblys jums kainuos daug mažiau nei vandens ar žemės siurblys.

Nepaisant tokio svarbaus pranašumo, tokio tipo klimato įranga negali būti vadinama idealia, nes ji taip pat turi didelį trūkumą. Toks siurblys efektyviai veikia tik tada, kai aplinkos temperatūra yra aukštesnė kaip –15 ° C ... –20 ° C. Temperatūros kritimas žemiau šios sienos, kuris žiemą nėra įprasta daugelyje mūsų šalies regionų, lemia reikšmingą oro šilumos siurblio efektyvumo koeficiento sumažėjimą.

Šilumos siurblio efektyvumo koeficientas

Šiek tiek aukščiau, mes vartojome naują terminą - „efektyvumo koeficientas“. Būtų neteisinga nepaaiškinti, kas tai yra, juolab kad tai yra svarbi šilumos siurblių savybė, leidžianti palyginti skirtingus siurblių tipus.

Efektyvumo koeficientas (dar vadinamas transformacijos koeficientu) yra šiluminės energijos, kurią sukuria siurblys, santykis su jo sunaudota elektros energija. Tiesą sakant, tai yra šilumos siurblio efektyvumas. Vandens šilumos siurblių atveju šis koeficientas yra 5, neatsižvelgiant į metų laiką. Tai reiškia, kad sunaudojant 1 kW * h elektros energijos, įrenginys sukuria 5 kW * h šiluminės energijos.

Grunto siurbliuose efektyvumo koeficiento vertė yra šiek tiek mažesnė - nuo 4 iki 4,5. Ir, pagaliau, oro šilumos siurbliams būdingas mažiausias koeficientas, o jų efektyvumas labai priklauso nuo aplinkos temperatūros: 0 ° C temperatūroje koeficientas yra ~ 3,5, o –20 ° C temperatūroje jis neviršija 1,5 (esant tokiam mažam efektyvumui siurblys jis tiesiog neatsiperka ir prasminga galvoti apie pigesnės klimato įrangos, tokios kaip elektrinis katilas, pirkimą).

Kai kurie vadovai, reklamuodami parduodamus šilumos siurblius, tikina potencialius klientus, kad šios įrangos efektyvumas yra 400–500%. Žinoma, nėra jokios kalbos apie termodinamikos įstatymų pažeidimus. Tiesiog skaičiavimai sąmoningai atlikti neteisingai: neatsižvelgiama į kitus energijos šaltinius nei sunaudota elektra - oras, vanduo ar dirvožemis, šildomi saulės, ir geoterminiai procesai. Skaičiuojant efektyvumą, atsižvelgiama tik į elektrą ir pamirštama apie žemos kokybės šilumos šaltinį, rezultatas yra didesnis nei 100%.

Šilumos siurblių naudojimas Rusijos klimate

Susipažinę su aukščiau aprašytais įvairių tipų šilumos siurblių aprašymais, galite lengvai sau atsakyti į klausimą, kuris siurblys yra tinkamiausias darbui Rusijos klimate.

Oro šilumos siurbliai yra tinkami naudoti tik nedaugelyje mūsų šalies regionų - ten, kur oro temperatūra žiemą beveik nenukrinta žemiau nulio. Be abejo, Sibiro, Tolimųjų Rytų, Rusijos europinės dalies šiaurėje gyventojai net neturėtų galvoti apie oro šilumos siurblius.

Vandens šilumos siurblių naudojimui yra daugybė apribojimų. Apie kai kuriuos iš jų jau kalbėjome, belieka paminėti dar vieną. Daugiau nei pusė mūsų šalies teritorijos yra amžinojo įšalo zonoje. Jei net kuriam nors Rytų Sibiro ar Tolimųjų Rytų šiaurės gyventojui „pasisekė“ ir jo dalyje yra požeminis vanduo, kuris nėra per giliai, tada tas požeminis vanduo vis dar yra ledo pavidalu, vadinasi, jis netinka naudoti šildymo sistemoje. .

Taigi dauguma mūsų tautiečių turi pasikliauti vieninteliu, abipusiai naudingu, variantu - žemės šilumos siurbliu. Tuo pačiu metu Rusijos klimato sąlygomis labiau tinka siurblys su horizontaliu kolektoriumi, bet su geoterminiu zondu, kuris leidžia pasiekti gylį, kur dirvožemio temperatūra yra stabilesnė.

Šilumos siurblio pritaikymas aušinimui

Didžiulis šilumos siurblių pranašumas yra tai, kad jie geba ne tik šildyti namą, bet ir prireikus jį vėsinti. Mūsų trumpa rusiška vasara kartais būna labai karšta, o kai jūsų namuose tiesiog pasidaro karšta, pasiūlymas paversti šildytuvą oro kondicionieriumi bus labai naudingas.

Techninis šios problemos sprendimas gali būti integruotas į šilumos siurblį iš pradžių, gamybos etape, ir beveik visi gamintojai turi siurblių asortimentą, galintį kondicionuoti kambarį (natūralaus vėsinimo režimas). Jei jūsų šilumos siurblys neturi tokių galimybių, viskas vis tiek nėra prarasta - įprastas siurblys gali veikti aušinimui. Reikiama papildoma įranga hidraulinio atsiejimo forma bus sumontuota siurblio išorėje. Abiem variantams nereikia didelių investicijų.

Šilumos siurblio sukuriamą šaltį galite nešti tiesiai į kambarį įvairiais būdais. Šią funkciją galima priskirti šalto skydo sienoms ar luboms, aušinimo grindų šildymui, radiatoriams, turintiems gerą oro srautą, arba ventiliatoriaus gyvatukui - įrenginyje, kuriame plokštelinis šilumokaitis pučiamas ventiliatoriumi.

Šilumos siurblio naudojimas karštam vandeniui

Bet koks šilumos siurblys gali ne tik šildyti jūsų namus, bet ir tiekti karštu vandeniu ištisus metus. Tačiau reikia nepamiršti, kad ši sistema yra žemos temperatūros, tai reiškia, kad vandens temperatūra katile neviršys 45–55 ° C. Iš to išplaukia, kad katilo tūris turėtų būti didesnis nei naudojant standartinę šildymo sistemą, kitaip jūs ir jūsų namų ūkis turėsite gyventi karšto vandens taupymo sąlygomis.

Į šį faktą reikia atsižvelgti skiriant katilinės plotą, t. Y. Net ir namo projektavimo etape. Taip pat, renkantis katilą, reikia atsižvelgti į tai, kad tai turėtų būti speciali įranga, skirta darbui su šilumos siurblio įrenginiais. Pagrindinis skirtumas tarp šio katilo ir įprasto yra padidėjęs šilumokaičio plotas, reikalingas efektyviausiam šilumos perdavimui iš šilumos siurblio.

Šilumos siurbliai su integruotu kaitinimo elementu

Dažnai gamintojai į savo šilumos siurblius integruoja papildomus elektrinius šildytuvus. Įmontuotas šildytuvas leidžia prireikus šilumos siurblio atžvilgiu pereiti prie alternatyvaus energijos šaltinio - elektros. Kam tai skirta? Kokiais atvejais reikia naudoti TEN?

Šilumos siurblio pasirinkimas namui šildyti atliekamas atsižvelgiant į įvairius parametrus, įskaitant regiono klimato ypatybes. Manoma, kad netinkama įrengti siurblį su pertekline galia.Faktas yra tai, kad ypač šaltos dienos neįvyksta labai dažnai, bent jau centrinėje Europos dalyje Rusijoje. Praktika rodo, kad ekonomiškesnis pasirinkimas yra „gauti“ reikiamą energiją elektra šiais šalčio laikotarpiais, nei iš pradžių įdiegti galingesnį siurblį. Šildymo elemento buvimas pašalina poreikį padaryti sistemą galingesnę, nei to reikalauja dauguma šildymo sezono metu.

Vandens ir grunto šilumos siurblių savininkams integruotas šildytuvas yra daugiau nei būtinybė. Oro šilumos siurblių padėtis atrodo visiškai kitokia. Esant –20 ° C ar žemesnei oro temperatūrai, toks siurblys, jei jis neišsijungia, bus neveiksmingas. Ir nors per metus nebūna labai daug šaltų dienų ir naktų, nenoriu likti greitai užšąlančiame name vieną puikų momentą. Dublikatinio šilumos generatoriaus buvimas šiuo atveju negali būti vadinamas prabanga.

Oro šilumos siurblys.

Patarimai ir gudrybės

Šilumos siurblys yra techniškai sudėtingas ir gana brangus įrenginys, todėl į jį turėtumėte kreiptis labai atsakingai. Kad nebūtų nepagrįsti, pateikiame keletą labai konkrečių rekomendacijų.

1. Niekada nepradėkite rinktis šilumos siurblio, prieš tai neatlikę skaičiavimų ir sukūrę projektą. Projekto nebuvimas gali sukelti lemtingų klaidų, kurias ištaisyti galima tik pasitelkiant dideles papildomas finansines investicijas.

2. Šilumos siurblio ir šildymo sistemos projektavimą, įrengimą ir priežiūrą turėtų patikėti tik profesionalai. Kaip įsitikinti, kad šioje įmonėje dirba profesionalai? Visų pirma, atsižvelgiant į tai, ar yra visa reikalinga dokumentacija, parduodamų objektų portfelis, įrangos tiekėjų pažymėjimai. Labai pageidautina, kad visas reikalingas paslaugas teiktų viena įmonė, kuri šiuo atveju bus visiškai atsakinga už projekto įgyvendinimą.

3. Mes patariame pirmenybę teikti Europoje pagamintam šilumos siurbliui. Neapsigaukite dėl to, kad ji yra brangesnė už kinišką ar rusišką įrangą. Įtraukus į visos šildymo sistemos įrengimo, paleidimo ir derinimo sąmatą, siurblių kainų skirtumas bus beveik nepastebimas. Bet tada, turėdami „europietį“, būsite tikri dėl jo patikimumo, nes didelę siurblio kainą lemia tik tai, kad kurdami jį naudojate modernias technologijas ir aukštos kokybės medžiagas.