Warmtepomp voor het verwarmen van een huis: werkingsprincipe, variëteiten en gebruik

In de verslechterende milieusituatie in de wereld en (belangrijker voor de gemiddelde consument) de snelle stijging van de gas- en elektriciteitstarieven, proberen steeds meer Europeanen systemen met alternatieve energiebronnen in hun dagelijks leven te introduceren. Een van de opties voor dergelijke systemen is de zogenaamde warmtepomp, waarmee u uw huis in de winter kunt verwarmen en water voor huishoudelijk gebruik kunt verwarmen, met een minimum aan elektriciteit.

Ook in de huizen van onze landgenoten in de afgelopen jaren kun je dit wonder van techniek steeds meer ontmoeten. Voor Russen is het probleem van hoge prijzen voor traditionele energiebronnen natuurlijk niet zo acuut als in Europa, maar ten eerste is het alleen voorlopig en ten tweede wil ik niet achterblijven bij de geciviliseerde wereld ...

Dus de warmtepomp ... wat is het? Waar is het principe van zijn actie op gebaseerd? Waar, waar en hoe draagt ​​hij warmte over? Laten we het goed doen.

Het werkingsprincipe van de warmtepomp

Het werkingsprincipe van warmtepompen is gebaseerd op het vermogen van een stof (koelmiddel) om warmte te absorberen of af te geven wanneer de aggregatietoestand verandert. In wezen verschillen dergelijke pompen niet veel van koeleenheden. (Deze vreemde verklaring op het eerste gezicht zal je helemaal niet verbazen als je ooit de hete achterwand van een gewone huishoudelijke koelkast hebt aangeraakt.)

Schematisch kan een warmtepomp worden weergegeven als een systeem bestaande uit drie circuits. De eerste is een koelvloeistof die energie overbrengt van een bron met lage potentiële warmte. In het tweede circuit circuleert koudemiddel (freon), dat periodiek verdampt, waarbij warmte uit het eerste circuit wordt opgenomen en vervolgens weer condenseert en naar het derde circuit wordt geleid. En ten slotte "loopt" het koellichaam langs het derde circuit, in ons geval water dat warmte doorgeeft via het verwarmingssysteem.

De werkcyclus van de warmtepomp kan in algemene termen als volgt worden beschreven. Vloeibaar koelmiddel komt de verdamper binnen, waar het in een gasvormige toestand terechtkomt. De energie die nodig is om dit proces te laten stromen, wordt onttrokken aan de koelvloeistof die in het primaire circuit circuleert. Vervolgens wordt gasvormig koelmiddel dat verschillende graden is voorverwarmd, in de compressor gezogen, waarvan het hoofddoel is het gas samen te persen (dit verbruikt natuurlijk elektriciteit).

De gasdruk stijgt meerdere keren, terwijl deze aanzienlijk opwarmt: als de koelmiddeltemperatuur bij de inlaat naar de compressor 6-10 ° C is, is deze bij de uitlaat al ongeveer 60 ° C. In de volgende fase wordt het verwarmde gas naar de condensor gestuurd, waar het de ontvangen warmte aan het verwarmingssysteem geeft, terwijl het zichzelf condenseert, d.w.z. gaat in een vloeibare toestand. De overdruk wordt dan opgeheven door middel van een smoorklep en de cyclus begint opnieuw.

Zoals u ziet, verschilt het apparaat van de warmtepomp niet fundamenteel van het apparaat van de koelmachine. Het belangrijkste doel van koelunits is om koude te genereren, dus wordt de warmte daar opgenomen door de verdamper, en de condensor dumpt deze warmte alleen in de omliggende ruimte.In de warmtepomp is het tegenovergestelde waar: de condensor is een warmtewisselaar die warmte aan de consument geeft, en de verdamper is een warmtewisselaar die de warmte met laag potentieel van secundaire energiebronnen gebruikt.

Met andere woorden, een warmtepomp is een "omgekeerde koelkast". Tegelijkertijd is "vice versa" niet alleen een apparaat, maar ook een resultaat. Als in het geval van een koelkast de warmte van de binnen opgeslagen producten wordt verspild, dan levert de energie die door de warmtepomp wordt gegenereerd echte voordelen op - deze wordt besteed aan gerichte verwarming van het huis.

Soorten warmtepompen en systemen

De warmte-energie die wordt besteed aan het verwarmen van het gebouw en het warmwatersysteem is het resultaat van de omzetting van omgevingsenergie met behulp van een warmtepomp. De pomp concentreert deze energie met lage potentiaal (lage temperatuur) en draagt ​​deze over aan het verwarmingssysteem.

Het blijft om te begrijpen wat in dit geval wordt bedoeld met de energie van de omgeving. Met de meeste huishoudelijke warmtepompen kunt u het hele jaar door gebruik maken van de warmte van de zon en de inwendige warmte van de aarde, opgestapeld door de bovenste lagen van de aardkorst en het water.

Door het type ontwerp van het eerste circuit van de warmtewisselaar zijn alle warmtepompen verdeeld in grond, water en lucht.

Grondwarmtepompen

Grondwarmtepompen ontvangen de warmte die nodig is om het koelmiddel in de verdamper vanaf de grond te verwarmen. De temperatuur van deze laatste op een diepte van enkele meters is praktisch niet onderhevig aan seizoensgebonden schommelingen. In een gesloten systeem van pijpen die in de grond worden geplaatst, circuleert een "pekel". Het is geen toeval dat we het woord 'augurk' tussen aanhalingstekens hebben geplaatst: zout, zoals je van de naam mag verwachten, bevat het niet. Het is in feite een antivriesmiddel op basis van ethyleenglycol of propyleenglycol, minder vaak waterige ethanol. Warmtewisselaarbuizen kunnen zowel horizontaal (horizontale collector) als verticaal (geothermische sonde) in de grond worden gelegd.

De pijpen van de horizontale collector worden in de grond gelegd op een diepte onder het niveau van bevriezing van de grond in dit gebied (meestal 1,5-2 m). Het warmtewisselingssysteem van dit type beslaat een vrij groot gebied. Bijvoorbeeld om een ​​relatief klein huis met een oppervlakte van 100 m te verwarmen² je moet 2-3 hectare land toewijzen. Er moet rekening mee worden gehouden dat in het gebied dat door de verzamelaar wordt bezet, alleen die bomen en struiken kunnen worden geplant waarvan de wortels niet te diep in de grond gaan, en het is volkomen onmogelijk om hier gebouwen te plaatsen.

Een geothermische sonde is een warmtewisselaar waarvan de buizen verticaal worden geplaatst en worden ondergedompeld in grond tot een diepte van 100-200 m. Het aantal geïnstalleerde sondes is afhankelijk van de vereiste capaciteit van de installatie. Om het huis, dat we hierboven al als voorbeeld hebben beschouwd, te verwarmen, zullen twee sondes met een lengte van ongeveer 80 m op een afstand van 5 m van elkaar voldoende zijn.

Zoals u ziet, vereist dit systeem geen grote gebieden, u kunt in elk deel van uw site putten boren - waar het u uitkomt. Het belangrijkste nadeel van bodemwarmtepompen met geothermische sondes is de hoge kosten van het boren van putten. Desondanks geven de meeste gebruikers de voorkeur aan deze systemen, omdat geothermische sondes efficiënter zijn dan horizontale collectoren en minder beperkingen hebben.

Een put boren voor een geothermische sonde.

Waterwarmtepompen

De waterwarmtepomp 'trekt' de energie van grondwater, die hij door zijn verdamper pompt. Een dergelijk systeem wordt gekenmerkt door een verhoogde efficiëntie en goede stabiliteit: het eerste kenmerk is het resultaat van een hoge warmteoverdracht van water, het tweede is te wijten aan de constante temperatuur van het grondwater.

Om dit type installatie te gebruiken, is het natuurlijk vereist dat hetzelfde grondwater op uw grondgebied beschikbaar is en in een voldoende grote hoeveelheid. Het is zeer wenselijk dat de watervoerende laag niet dieper ligt dan 30-40 m. De gelijktijdige vervulling van deze twee voorwaarden is een zeldzaam verschijnsel. Een andere voorwaarde, waarvan het falen een obstakel kan worden voor de installatie van een waterwarmtepomp in uw huis of cottage, is het lage gehalte aan ijzerzouten en andere onzuiverheden in het grondwater.

Als water van lage kwaliteit wordt gebruikt, zal de apparatuur snel uitvallen, omdat de warmtewisselaar eenvoudig verstopt raakt. De aanwezigheid van zoveel beperkingen is de reden dat dergelijke warmtepompen, ondanks hun aantrekkelijkheid, niet vaak worden geïnstalleerd (ongeveer 5% van alle geïmplementeerde projecten).

Luchtwarmtepompen

In termen van installatiegemak hebben luchtwarmtepompen een enorm voordeel ten opzichte van hun 'broers'. Om omgevingslucht als warmtebron te gebruiken, hoeft u geen putten te boren of andere grootschalige grondwerkzaamheden uit te voeren. Daarom kost een luchtpomp u veel minder dan een water- of grondpomp als u een schatting maakt van de kosten voor het installeren van apparatuur.

Ondanks zo'n aanzienlijk voordeel kan dit type klimaatapparatuur niet ideaal worden genoemd, omdat het ook een aanzienlijk nadeel heeft. Een dergelijke pomp werkt alleen efficiënt als de omgevingstemperatuur hoger is dan –15 ° C ... –20 ° C. Een temperatuurdaling onder deze grens, wat in de meeste regio's van ons land niet ongewoon is in de winter, leidt tot een significante daling van de efficiëntiecoëfficiënt van een luchtwarmtepomp.

Warmtepompefficiëntieverhouding

Iets hoger gebruikten we de nieuwe term "efficiëntiecoëfficiënt". Het zou verkeerd zijn om niet uit te leggen wat het is, vooral omdat het een belangrijk kenmerk is van warmtepompen waarmee u verschillende soorten pompen met elkaar kunt vergelijken.

De efficiëntiecoëfficiënt (ook wel de transformatiecoëfficiënt genoemd) is de verhouding tussen de thermische energie die door de pomp wordt gegenereerd en de elektrische energie die deze verbruikt. In feite is dit de efficiëntie van de warmtepomp. In het geval van waterwarmtepompen is deze coëfficiënt 5, ongeacht de tijd van het jaar. Dit betekent dat wanneer 1 kW * h elektriciteit wordt verbruikt, de installatie 5 kW * h thermische energie genereert.

In grondpompen is de waarde van de efficiëntiecoëfficiënt iets lager - van 4 tot 4,5. En ten slotte worden luchtwarmtepompen gekenmerkt door de kleinste coëfficiënt, en hun efficiëntie hangt sterk af van de omgevingstemperatuur: bij 0 ° C is de coëfficiënt ~ 3,5 en bij –20 ° C niet hoger dan 1,5 (bij zo'n lage efficiëntie, de pomp het is gewoon niet afbetaald en het is logisch om na te denken over de aanschaf van goedkopere klimaatapparatuur, zoals een elektrische boiler).

Sommige managers, die reclame maken voor de warmtepompen die ze verkopen, verzekeren potentiële klanten dat deze apparatuur een efficiëntie van 400-500% heeft. Er is natuurlijk geen sprake van enige overtreding van de wetten van de thermodynamica. Het is alleen zo dat in dit geval de berekeningen opzettelijk verkeerd zijn gedaan: andere energiebronnen dan de verbruikte elektriciteit worden niet in aanmerking genomen - lucht, water of bodem, verwarmd door de zon en geothermische processen. Wanneer bij de berekening van de efficiëntie alleen rekening wordt gehouden met elektriciteit en ze de bron van laagwaardige warmte vergeten, is het resultaat meer dan 100%.

Het gebruik van warmtepompen in het Russische klimaat

Nadat u kennis hebt gemaakt met de bovenstaande beschrijvingen van verschillende soorten warmtepompen, kunt u eenvoudig de vraag zelf beantwoorden, welke pomp het meest geschikt is voor gebruik in het Russische klimaat.

Luchtwarmtepompen zijn alleen geschikt voor gebruik in een beperkt aantal regio's van ons land - waar de luchttemperatuur in de winter bijna niet onder nul daalt. Natuurlijk moeten inwoners van Siberië, het Verre Oosten, het noorden van het Europese deel van Rusland niet eens aan luchtwarmtepompen denken.

Er zijn veel beperkingen aan het gebruik van waterwarmtepompen. We hebben het er al over gehad, er moet nog een worden vermeld. Meer dan de helft van het grondgebied van ons land ligt in de permafrostzone. Als zelfs een inwoner van Oost-Siberië of het noorden van het Verre Oosten "geluk" heeft en er grondwater in zijn gedeelte is dat niet te diep ligt, dan nog heeft dit grondwater de vorm van ijs, wat betekent dat het niet geschikt is voor gebruik in het verwarmingssysteem .

Daarom moeten de meeste van onze landgenoten vertrouwen op de enige, win-win-optie, een warmtepomp op de grond. Tegelijkertijd is in een Russisch klimaat een pomp met een horizontale collector, maar met een geothermische sonde, waarmee een diepte kan worden bereikt waar de bodemtemperatuur stabieler is, geschikter.

Warmtepomptoepassing voor koeling

Een groot voordeel van warmtepompen is dat ze niet alleen het huis kunnen verwarmen, maar ook indien nodig koelen. Onze korte Russische zomer is soms erg heet, en wanneer je huis letterlijk heet wordt, zal het voorstel om de kachel in een airconditioner te veranderen erg nuttig zijn.

Een technische oplossing voor dit probleem kan in het begin in de productiefase in de warmtepomp worden geïntegreerd en bijna alle fabrikanten hebben een reeks pompen die de ruimte kunnen conditioneren (modus Natuurlijke koeling). Als uw warmtepomp dergelijke capaciteiten niet heeft, is alles nog steeds niet verloren - een normale pomp kan voor koeling werken. De benodigde extra apparatuur in de vorm van hydraulische ontkoppeling wordt buiten de pomp gemonteerd. Beide opties vereisen geen grote investeringen.

U kunt de door de warmtepomp gegenereerde koude op verschillende manieren rechtstreeks de kamer in voeren. Deze functie kan worden toegewezen aan koude panelen op muren of plafonds, koeling vloerverwarming, radiatoren met een goede luchtstroom of een ventilatorconvector - een apparaat waarin een door een ventilator geblazen platenwarmtewisselaar is ingebouwd.

Het gebruik van een warmtepomp voor warm water

Elke warmtepomp kan niet alleen uw huis verwarmen, maar u ook het hele jaar door van warm water voorzien. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat dit systeem een ​​lage temperatuur heeft, wat betekent dat de watertemperatuur in de ketel niet hoger zal zijn dan 45-55 ° C. Hieruit volgt dat het volume van de ketel groter moet zijn dan bij gebruik van een standaard verwarmingssysteem, anders moeten u en uw huishouden in omstandigheden van soberheid van warm water leven.

Met dit feit moet rekening worden gehouden bij het toewijzen van ruimte voor een stookruimte, d.w.z. zelfs bij het ontwerpen van een huis. Bij het kiezen van een ketel moet u er ook rekening mee houden dat dit speciale apparatuur moet zijn die is ontworpen om te werken met warmtepompinstallaties. Het belangrijkste verschil tussen deze ketel en de gebruikelijke is het grotere oppervlak van de warmtewisselaar dat nodig is voor de meest efficiënte warmteoverdracht van de warmtepomp.

Warmtepompen met geïntegreerd verwarmingselement

Vaak integreren fabrikanten extra elektrische kachels in hun warmtepompen. De ingebouwde verwarming maakt het mogelijk om, indien nodig, over te schakelen naar een alternatieve energiebron vanuit het gezichtspunt van de warmtepomp: elektriciteit. Waar is dit voor? In welke gevallen moet TEN worden gebruikt?

De selectie van een warmtepomp voor het verwarmen van een huis wordt uitgevoerd met inachtneming van verschillende parameters, waaronder de klimatologische kenmerken van de regio. In dit geval wordt het als onpraktisch beschouwd om een ​​pomp met overmatig vermogen te installeren.Feit is dat extreem koude dagen niet vaak voorkomen, althans in het Midden-Europese deel van Rusland. De praktijk leert dat een meer economische optie is om de nodige stroom met elektriciteit te "krijgen" tijdens deze ijzige periodes dan in eerste instantie een krachtigere pomp te installeren. De aanwezigheid van een verwarmingselement elimineert de noodzaak om het systeem krachtiger te maken dan het grootste deel van het verwarmingsseizoen vereist.

Voor eigenaren van water- en grondwarmtepompen is een geïntegreerde verwarming meer een overmaat dan een noodzaak. De situatie met luchtwarmtepompen ziet er compleet anders uit. Bij een luchttemperatuur van –20 ° C of lager is een dergelijke pomp niet effectief als deze niet wordt uitgeschakeld. En hoewel er niet zoveel koude dagen en nachten in het jaar zijn, wil ik niet op een mooi moment in een snel ijskoud huis verblijven. De aanwezigheid van een dubbele warmtegenerator kan in dit geval geen luxe worden genoemd.

Luchtwarmtepomp.

Tips en trucs

Een warmtepomp is een technisch geavanceerde en vrij dure apparatuur, dus u moet deze met grote verantwoordelijkheid benaderen. Om niet ongegrond te zijn, geven we enkele zeer specifieke aanbevelingen.

1. Begin nooit met het kiezen van een warmtepomp zonder eerst berekeningen te maken en een project te maken. Het ontbreken van een project kan fatale fouten veroorzaken, die alleen kunnen worden gecorrigeerd met behulp van enorme extra financiële investeringen.

2. Alleen professionals mogen het ontwerp, de installatie en het onderhoud van de warmtepomp en het verwarmingssysteem toevertrouwen. Hoe zorg je ervoor dat professionals in dit bedrijf werken? Allereerst, afhankelijk van de beschikbaarheid van alle benodigde documentatie, een portfolio van verkochte objecten, certificaten van leveranciers van apparatuur. Het is zeer wenselijk dat het hele scala van noodzakelijke diensten wordt geleverd door één bedrijf, dat in dit geval volledig verantwoordelijk zal zijn voor de uitvoering van het project.

3. Wij adviseren u om de voorkeur te geven aan een in Europa gemaakte warmtepomp. Laat u niet verwarren door het feit dat het duurder is dan Chinese of Russische apparatuur. Wanneer u de schatting van de installatiekosten, inbedrijfstelling en debugging van het gehele verwarmingssysteem meetelt, is het verschil in de prijs van de pompen bijna onzichtbaar. Maar dan, met een "Europese" tot uw beschikking, bent u zeker van zijn betrouwbaarheid, omdat de hoge prijs van de pomp alleen het resultaat is van het gebruik van moderne technologieën en hoogwaardige materialen bij het maken ervan.