Siltumsūkņi mājas apkurei: veidi un darbības princips

Gaiss-ūdens sūkņa darbības princips

Kā jau minēts, galvenais siltumenerģijas avots šāda veida iekārtām ir atmosfēras gaiss. Gaisa sūkņu darbības pamats ir šķidrumu fiziskā īpašība absorbēt un izdalīt siltumu fāzes pārejas laikā no šķidra stāvokļa uz gāzveida stāvokli un otrādi. Stāvokļa maiņas rezultātā temperatūra tiek atbrīvota. Sistēma darbojas pēc ledusskapja apgrieztā principa.

Lai efektīvi izmantotu šīs šķidruma īpašības, zemas viršanas temperatūras aukstumaģents (freons, freons) cirkulē slēgtā ķēdē, kuras dizains ietver:

• kompresors ar elektrisko piedziņu;
• ventilatora iztvaicētājs;
• droseles (izplešanās) vārsts;
• plākšņu siltummainis;
• vara vai metāla plastmasas cirkulācijas caurules, kas savieno ķēdes galvenos elementus.

Aukstumaģenta kustība pa ķēdi tiek veikta kompresora radītā spiediena dēļ.Lai samazinātu siltuma zudumus, caurules tiek pārklātas ar mākslīgās gumijas vai putu polietilēna siltumizolācijas slāni ar aizsargājošu metalizētu pārklājumu. Kā aukstumaģents tiek izmantots freons vai freons, kas var vārīties negatīvā temperatūrā un nesasalst līdz -40 ° C.

Viss darba process sastāv no sekojošiem secīgiem cikliem:

1. Iztvaicētāja radiators satur šķidru aukstumaģentu, kas ir vēsāks par ārējo gaisu. Radiatora aktīvās pūšanas laikā siltumenerģija no zema potenciāla gaisa tiek pārnesta uz freonu, kas vārās un pāriet gāzveida stāvoklī. Tajā pašā laikā tā temperatūra paaugstinās.
2. Uzkarsētā gāze nonāk kompresorā, kur saspiešanas procesā tā uzsilst vēl vairāk.
3. Saspiestā un uzkarsētā stāvoklī aukstumaģenta tvaiki tiek ievadīti plākšņu siltummainī, kur apkures sistēmas siltumnesējs cirkulē caur otro kontūru. Tā kā dzesēšanas šķidruma temperatūra ir daudz zemāka nekā apsildāmās gāzes temperatūra, freons aktīvi kondensējas uz siltummaiņa plāksnēm, izdalot siltumu apkures sistēmai.
4. Atdzesētais tvaiku-šķidruma maisījums nonāk droseļvārstā, kas ļauj tikai atdzesētam zemspiediena šķidrajam aukstumnesējam nonākt iztvaicētājā. Tad viss cikls tiek atkārtots.

Lai palielinātu caurules siltuma pārneses efektivitāti, uz iztvaicētāja tiek uztītas spirālveida spuras. Jāņem vērā apkures sistēmas aprēķins, cirkulācijas sūkņu un citu iekārtu izvēle hidrauliskā pretestība un koeficients siltuma pārneses plākšņu siltummaiņa uzstādīšana.

Video pārskats par sistēmas ierīci un tās darbību

Invertora siltumsūkņi

Invertora klātbūtne instalācijas ietvaros ļauj netraucēti iedarbināt iekārtu un automātiski regulēt režīmus atkarībā no āra temperatūras. Tas palielina siltumsūkņa efektivitāti:

• efektivitātes sasniegšana 95-98% līmenī;
• enerģijas patēriņa samazināšana par 20-25%;
• elektrisko tīklu slodžu samazināšana līdz minimumam;
• palielināt iekārtas kalpošanas laiku.

Rezultātā iekštelpu temperatūra tiek stabili uzturēta vienā līmenī neatkarīgi no laikapstākļu izmaiņām. Tajā pašā laikā invertora klātbūtne komplektā ar automatizētu vadības bloku nodrošinās ne tikai apkuri ziemā, bet arī atdzesēta gaisa padevi vasarā karstā laikā.

Tajā pašā laikā jāņem vērā, ka papildu aprīkojuma klātbūtne vienmēr ir saistīta ar tā izmaksu pieaugumu un atmaksāšanās perioda palielināšanos.

Sadalījums pēc darba šķidruma veida

Var izmantot mūsdienīgus siltumsūkņus gāzveida ķermenis vai ķīmisks šķidrums amonjaka šķīdums kā siltumnesējs. Konkrētas shēmas piemērotību vērtē pēc vairākiem faktoriem, sistēmas īpatnībām.

1. Freona iekārtām ir siltumsūkņa cikls, kura pamatā ir gāzes saspiešanas un izplešanās procesi. Tie ir kaut kā veidoti pēc kompresora shēmas. Iekārtai ir pievilcīgi veiktspējas rādītāji, taču tai ir arī trūkumi. Lai gan sistēmas vidējais svērtais patēriņš darbības cikla laikā ir stabils, elektroinstalācija ir ļoti noslogota. Turklāt siltumsūkņi ar gāzveida siltumnesēju nebūs noderīgi reģionos, kur nav centralizēta elektrotīkla vai pietiekamas kravnesības jaudas avota.
2. Iztvaikošanas tipa iekārtām, kurās izmanto amonjaka šķīdumu, darbības cikls ir balstīts uz vielas iztvaikošanas procesu zemā viršanas temperatūrā. Sašķidrināšana pēc ārējā siltummaiņa pārejas notiek enerģijas avota iedarbībā. Šis ir siltuma deglis. Tam var izmantot gandrīz jebkuru degvielu: cieto, benzīnu, dīzeļdegvielu, gāzi, petroleju, dažos gadījumos - metilspirtu. Tāpēc iztvaikošanas siltumsūkņi ir pievilcīgi vietās, kur nav elektrības. Turklāt noteikta veida degvielas lētums reģionā var mudināt izvēlēties šādu aprīkojumu.

Sistēmā izmantotā darba šķidruma raksturs var daudz pateikt par instalācijas veiktspēju un jaudu. Tātad freona kompresoru siltumsūkņi spēj strauji saraustīt, ātri sasildot telpu. Amonjaka iztvaicēšanas modeļi nav spējīgi uz šādiem varoņdarbiem. To vēlamais lietošanas veids ir stabila, nepārtraukta darbība ar nominālo siltuma jaudu.

Siltumsūkņu veidi

Siltumsūkņi ir sadalīti vairākos veidos. Pirmais veids (tips) klasifikācijā pēc siltumenerģijas pārnešanas metodes:

Saspiešana. Galvenie uzstādīšanas elementi ir kompresori, kondensatori, paplašinātāji un iztvaicētāji. Šāda veida sūkņi ir ļoti kvalitatīvi un efektīvi, kas noved pie tā, ka tas ir ļoti populārs tirgū.

Absorbcija. Jaunākās paaudzes siltumsūkņi. Viņi savā darbā izmanto absorbējošu freonu. Pateicoties tam, darba kvalitāte tiek paaugstināta vairākas reizes.

Var atšķirt siltumsūkņu veidi atkarībā no siltuma avotiem, proti:

• Siltumenerģiju rada augsne (attēlā);
• ūdens;
• Gaisa straumes
• Atkārtots siltums. Tos iegūst no ūdens noteces, netīra gaisa vai notekūdeņiem.

Pēc ieejas-izejas ķēžu veidiem:

• gaiss-gaiss. Sūknis uzņem aukstu gaisu, pazemina tā temperatūru, saņem nepieciešamo siltumu, kas to nodod tur, kur nepieciešama apkure.
• ūdens pret ūdeni. Sūknis ņem siltumu no gruntsūdens, kas to nodod ūdenim, lai sildītu telpu.
• ūdens-gaiss. No ūdens uz gaisu. Raksturīga ir zondu un aku izmantošana ūdenim, un apkure notiek caur gaisa apkures sistēmu.
• gaiss-ūdens. No gaisa uz ūdeni. Šāda veida sūkņi izmanto siltumu no atmosfēras ūdens sildīšanai.
• augsne-ūdens. Šajā formā siltums tiek ņemts no caurulēm ar ūdeni, kas ievietots zemē. Siltums tiek ņemts no zemes (augsnes).
• ledus ūdens. Interesants siltumsūkņa veids. Lai sildītu ūdeni telpu apkurei, tiek izmantota ledus ražošanas tehnika, kurā tiek atbrīvota kolosāla siltumenerģija. Ja sasaldē līdz 200 litriem ūdens, var iegūt enerģiju, kas spēj vidēji sildīt 40-60 minūtes.

Siltumsūkņu priekšrocības un trūkumi

Princips siltumsūkņa darbība, vienkāršā izteiksmē, ir balstīta uz zemas kvalitātes siltumenerģijas savākšanu un tālāku tās nodošanu apkures un klimata sistēmām, kā arī ūdens attīrīšanas sistēmām, bet augstākā temperatūrā. Var sniegt vienkāršu piemēru gāzes balona forma – kad tas ir piepildīts ar gāzi, kompresors uzsilst, to saspiežot. Un, ja jūs izlaidīsiet gāzi no cilindra, tad balons atdziest - mēģiniet strauji atbrīvot gāzi no atkārtoti uzpildāmas šķiltavas, lai saprastu šīs parādības būtību.

Tādējādi siltumsūkņi it kā atņem siltumenerģiju no apkārtējās telpas - tā atrodas zemē, ūdenī un pat gaisā. Pat ja gaisa temperatūra ir negatīva, tajā joprojām ir siltums. Tas ir atrodams arī jebkurās ūdenstilpēs, kas nesasalst līdz pašam dibenam, kā arī dziļos augsnes slāņos, kas arī nav pakļauti dziļai sasalšanai - ja vien, protams, tas nav mūžīgais sasalums.

Siltumsūkņiem ir diezgan sarežģīta ierīce, kā to var redzēt, mēģinot izjaukt ledusskapi vai gaisa kondicionierus. Šie mums pazīstamie sadzīves agregāti ir zināmā mērā līdzīgi augstāk minētajiem sūkņiem, tikai strādā pretējā virzienā - ņem siltumu no telpām un sūta ārā. Ja uzliksit roku uz ledusskapja aizmugurējā radiatora, mēs atzīmēsim, ka tas ir silts. Un šis siltums nav nekas cits kā enerģija, kas tiek uzņemta no augļiem, dārzeņiem, piena, zupām, desām un citiem produktiem, kas atrodas kamerā.

Gaisa kondicionētāji un dalītās sistēmas darbojas līdzīgi - āra bloku radītais siltums ir siltumenerģija, kas pamazām tiek savākta atdzesētās telpās.

Siltumsūkņa darbības princips ir pretējs ledusskapja darbības principam. Tas savāc siltumu no gaisa, ūdens vai augsnes tajos pašos graudos, pēc tam to novirzot uz patērētājiem - tās ir apkures sistēmas, siltuma akumulatori, grīdas apsildes sistēmas un ūdens sildītāji. Šķiet, ka nekas neliedz mums sildīt dzesēšanas šķidrumu vai ūdeni ar parastu sildelementu - tā ir vieglāk. Bet salīdzināsim siltumsūkņu un parasto sildelementu produktivitāti:

Izvēloties siltumsūkni, svarīgākais ir konkrēta dabas enerģijas avota pieejamība.

• Tradicionālais sildelements - 1 kW siltuma ražošanai patērē 1 kW elektroenerģijas (neskaitot kļūdas;
• Siltumsūknis - tas patērē tikai 200 W elektroenerģijas, lai saražotu 1 kW siltuma.

Nē, šeit nav efektivitātes, kas vienāda ar 500% - fizikas likumi ir nesatricināmi. Šeit darbojas tikai termodinamikas likumi. Sūknis it kā uzkrāj enerģiju no kosmosa, "sabiezina" to un nosūta patērētājiem. Tāpat mēs varam savākt lietus lāses caur lielu lejkannu, iegūstot cietu ūdens strūklu pie izejas.

Mēs jau esam snieguši daudzas analoģijas, kas ļauj izprast siltumsūkņu būtību bez abstraktām formulām ar mainīgajiem un konstantēm. Tagad apskatīsim to priekšrocības:

• Enerģijas ietaupījums - ja standarta elektriskā apkure 100 kv. m radīs izmaksas 20-30 tūkstošus rubļu mēnesī (atkarībā no gaisa temperatūras ārā), tad apkures sistēma ar siltumsūkni samazinās izmaksas līdz pieņemamiem 3-5 tūkstošiem rubļu - piekrītiet, tas jau ir diezgan stabili ietaupījumi. Un tas ir bez trikiem, bez maldināšanas un bez mārketinga trikiem;
• Rūpes par vidi – ogļu, atomelektrostacijas un hidroelektrostacijas kaitē dabai. Tāpēc samazināts elektroenerģijas patēriņš samazina kaitīgo izmešu daudzumu;
• Plašs pielietojuma klāsts – iegūto enerģiju var izmantot mājas apsildīšanai un karstā ūdens sagatavošanai.

Ir arī trūkumi:

• Siltumsūkņu augstās izmaksas - šis trūkums uzliek ierobežojumu to lietošanai;
• Regulāras apkopes nepieciešamība – par to ir jāmaksā;
• Uzstādīšanas grūtības - tas visvairāk attiecas uz siltumsūkņiem ar slēgtām ķēdēm;
• Cilvēku nepieņemšanas trūkums — tikai daži no mums piekristu ieguldīt šajā iekārtā, lai samazinātu slogu uz vidi. Bet daži cilvēki, kuri dzīvo tālu no gāzes maģistrālēm un ir spiesti apsildīt savas mājas ar alternatīviem siltuma avotiem, piekrīt tērēt naudu siltumsūkņa iegādei un samazināt ikmēneša elektrības rēķinus;
• Atkarība no elektrotīkla – ja elektrības padeve apstājas, iekārta uzreiz aizsalst. Situāciju glābs, uzstādot siltuma akumulatoru vai rezerves barošanas avotu.

Kā redzat, daži trūkumi ir diezgan nopietni.

Benzīna un dīzeļdegvielas ģeneratori var kalpot kā rezerves enerģijas avoti siltumsūkņiem.

Padomi un triki

Siltumsūknis ir tehniski sarežģīts un diezgan dārgs aprīkojums, tāpēc tā izvēlei jāpieiet ar lielu atbildību. Lai nebūtu nepamatoti, šeit ir daži ļoti konkrēti ieteikumi.

1. Nekad nesāciet izvēlēties siltumsūkni, iepriekš neveicot aprēķinus un izveidojot projektu. Projekta neesamība var radīt liktenīgas kļūdas, kuras var labot tikai ar milzīgu papildu finanšu ieguldījumu palīdzību.

2. Siltumsūkņa un apkures sistēmas projektēšanu, uzstādīšanu un apkopi vajadzētu uzticēt tikai profesionāļiem. Kā pārliecināties, ka šajā uzņēmumā strādā profesionāļi? Pirmkārt, pēc visas nepieciešamās dokumentācijas pieejamības, realizēto objektu portfeļa, iekārtu piegādātāju sertifikātiem.Ļoti vēlams, lai visu nepieciešamo pakalpojumu klāstu sniegtu viens uzņēmums, kas šajā gadījumā būs pilnībā atbildīgs par projekta īstenošanu.

3. Iesakām dot priekšroku Eiropā ražotam siltumsūknim. Nemulsina fakts, ka tas ir dārgāks nekā ķīniešu vai krievu aprīkojums. Iekļaujot visas apkures sistēmas uzstādīšanas, nodošanas ekspluatācijā un atkļūdošanas izmaksu tāmē, sūkņu cenu atšķirība būs gandrīz nemanāma. Bet, no otras puses, ja jūsu rīcībā ir “Eiropas”, jūs būsiet pārliecināti par tā uzticamību, jo sūkņa augstā cena ir tikai mūsdienu tehnoloģiju un kvalitatīvu materiālu izmantošanas rezultāts tā radīšanā.

Galvenās šķirnes

Visi apkures sistēmu cirkulācijas sūkņi ir sadalīti divos konstrukcijas veidos: ierīces ar "sausu" rotoru un cirkulācijas sūkņi ar "slapjo" rotoru.

Pirmā tipa cirkulācijas sūkņos, kas jau ir skaidrs no to nosaukuma, rotors nesaskaras ar šķidro darba vidi - dzesēšanas šķidrumu. Šādu sūkņu lāpstiņritenis ir atdalīts no rotora un statora ar blīvējošo tērauda gredzeniem, kas piespiesti viens pret otru ar speciālas atsperes palīdzību, kas kompensē šo elementu nodilumu. Šī blīvējuma mezgla hermētiskumu sūkņa darbības laikā nodrošina plāns ūdens slānis starp tērauda gredzeniem, kas veidojas apkures sistēmas un ārējās vides spiediena starpības dēļ.

Cirkulācijas sūkņi apkurei ar "sausu" rotoru izceļas ar diezgan augstu efektivitāti (89%) un produktivitāti, taču šāda veida hidrauliskajām mašīnām ir arī trūkumi, tostarp spēcīgas. troksnis darbā ekspluatācijas, apkopes un remonta sarežģītība.Parasti rūpnieciskās apkures sistēmas ir aprīkotas ar šāda veida sūkņiem, tos reti izmanto mājas apkures sistēmās.

Vienpakāpes cirkulācijas sūknis ar "sausu" rotoru

Cirkulācijas sūknis apkures sistēmām, kas aprīkotas ar “slapjo” tipa rotoru, ir ierīce, kuras lāpstiņritenis un rotors pastāvīgi saskaras ar dzesēšanas šķidrumu. Darba vide, kurā griežas rotors un lāpstiņritenis, darbojas kā smērviela un dzesēšanas šķidrums. Šāda veida sūkņu stators un rotors ir izolēti viens no otra, izmantojot īpašu stiklu, kas izgatavots no nerūsējošā tērauda. Šāds stikls, kura iekšpusē rotors un lāpstiņritenis griežas dzesēšanas šķidruma vidē, aizsargā strāvu pieslēgto statora tinumu no darba šķidruma iekļūšanas tajā.

Šāda veida sūkņu efektivitāte ir diezgan zema un ir tikai 55%, taču šādas ierīces tehniskās iespējas ir pietiekamas, lai nodrošinātu dzesēšanas šķidruma cirkulāciju apkures sistēmās. ne pārāk lielas mājas. Ja mēs runājam par cirkulācijas sūkņu priekšrocībām ar "slapjo" rotoru, tad tajos jāiekļauj minimālais trokšņa daudzums, kas rodas šādu ierīču darbības laikā, augsta uzticamība, darbības vienkāršība, apkope un remonts.

Mitrā cirkulācijas sūknis

Siltumsūkņa veida izvēle

Šīs apkures sistēmas galvenais rādītājs ir jauda. Pirmkārt, no jaudas būs atkarīgas finansiālās izmaksas iekārtu iegādei un viena vai cita zemas temperatūras siltuma avota izvēlei.Jo lielāka siltumsūkņa sistēmas jauda, ​​jo lielākas ir komponentu izmaksas.

Pirmkārt, tas attiecas uz kompresora jaudu, ģeotermālo zondu urbumu dziļumu vai horizontālā kolektora novietošanas laukumu. Pareizi termodinamiskie aprēķini ir sava veida garantija, ka sistēma darbosies efektīvi.

Ja jūsu personīgās zonas tuvumā ir rezervuārs, visrentablākā un produktīvākā izvēle būs siltumsūknis ūdens- ūdens

Vispirms jums ir jāizpēta platība, kurā plānots uzstādīt sūkni. Ideāls nosacījums būtu rezervuāra klātbūtne šajā zonā. Izmantojot opciju “Ūdens pret ūdeni”, tiks ievērojami samazināts rakšanas darbu apjoms.

Gluži pretēji, zemes siltuma izmantošana ietver lielu skaitu darbu, kas saistīti ar rakšanu. Sistēmas, kas izmanto ūdeni kā zemas kvalitātes siltumu, tiek uzskatītas par visefektīvākajām.

Siltumsūkņa ierīce, kas iegūst siltumenerģiju no zemes, ietver iespaidīgu zemes darbu apjomu. Kolektors ir novietots zem sezonālās sasalšanas līmeņa

Ir divi veidi, kā izmantot augsnes siltumenerģiju. Pirmais ir saistīts ar urbumu urbšanu ar diametru 100-168 mm. Šādu aku dziļums atkarībā no sistēmas parametriem var sasniegt 100 m vai vairāk.

Šajās akās ievieto īpašas zondes. Otrajā metodē tiek izmantots cauruļu savācējs. Šāds kolektors ir novietots zem zemes horizontālā plaknē. Šī opcija prasa diezgan lielu platību.

Kolektora ieklāšanai vietas ar mitru augsni tiek uzskatītas par ideālām. Protams, urbuma urbšana maksās vairāk nekā horizontāla rezervuāra.Tomēr ne katrā vietnē ir brīva vieta. Vienai kW siltumsūkņa jaudai jums ir nepieciešams platībā no 30 līdz 50 m².

Būvniecība siltumenerģijas ņemšanai ar vienu dziļurbumu var izrādīties nedaudz lētāka nekā bedres rakšana

Taču būtisks pluss slēpjas ievērojamā telpas ietaupījumā, kas ir svarīgi mazu zemes gabalu īpašniekiem. Ja objektā atrodas augstu gruntsūdens horizonts, siltummaiņus var izvietot divās akās, kas atrodas aptuveni 15 m attālumā viena no otras.

Gadījumā, ja uz vietas ir augsts gruntsūdens horizonts, siltummaiņus var izvietot divās akās, kas atrodas aptuveni 15 m attālumā viena no otras.

Siltumenerģijas ieguve šādās sistēmās, sūknējot gruntsūdeņus slēgtā kontūrā, kuras daļas atrodas akās. Šādai sistēmai ir nepieciešams uzstādīt filtru un periodiski tīrīt siltummaini.

Vienkāršākā un lētākā siltumsūkņa shēma ir balstīta uz siltumenerģijas ieguvi no gaisa. Kādreiz tas kļuva par pamatu ledusskapju konstruēšanai, vēlāk pēc tā principiem tika izstrādāti gaisa kondicionieri.

Vienkāršākā siltumsūkņu sistēma enerģiju iegūst no gaisa masas. Vasarā tas ir iesaistīts apkurē, ziemā - gaisa kondicionēšanā. Sistēmas trūkums ir tāds, ka neatkarīgā versijā iekārta ar nepietiekamu jaudu

Efektivitāte dažādu veidu šī iekārta nav tas pats. Sūkņiem, kas izmanto gaisu, ir viszemākā veiktspēja. Turklāt šie rādītāji ir tieši atkarīgi no laika apstākļiem.

Zemes šķirņu siltumsūkņiem ir stabila veiktspēja. Šo sistēmu efektivitātes koeficients svārstās robežās no 2,8 -3,3.Ūdens-ūdens sistēmas ir visefektīvākās. Tas galvenokārt ir saistīts ar avota temperatūras stabilitāti.

Jāņem vērā, ka jo dziļāk rezervuārā atrodas sūkņa kolektors, jo stabilāka būs temperatūra. Lai iegūtu sistēmas jaudu 10 kW, nepieciešami aptuveni 300 metri cauruļvada.

Galvenais siltumsūkņa efektivitāti raksturojošais parametrs ir tā konversijas koeficients. Jo augstāks konversijas koeficients, jo efektīvāks tiek uzskatīts siltumsūknis.

Siltumsūkņa konversijas koeficientu izsaka ar siltuma plūsmas un kompresora darbībai patērētās elektriskās jaudas attiecību