Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Čerpací průmysl nezastaví a objevují se nová technická řešení založená na známých technologiích. Obchodníci, kteří mají zájem o získání zisku a zvyšování prodeje, často zakrývají údaje o konkrétním produktu a prosazují ho jako revoluční, bezkonkurenční. Nejpozoruhodnějším příkladem jsou tepelná čerpadla. Propagační materiály nepopisují princip fungování takových zařízení ani úroveň účinnosti vytápění domu. Je však možné pochopit, jak to funguje, a jak užitečný může být tento systém z tohoto materiálu.

Co je tepelné čerpadlo, rozsah jeho použití

Technická definice tepelného čerpadla je zařízení pro přenos energie z jedné oblasti na druhou se současným zvýšením účinnosti její činnosti. Není obtížné tyto mechanismy ilustrovat. Představte si vědro studené vody a sklenici horké vody. Chcete-li je ohřát z určité značky tepla, spotřebuje se stejné množství energie. Účinnost jeho aplikace je však odlišná. Pokud současně snížíte teplotu lžíce vody o 1 stupeň, přijatá tepelná energie může přinést tekutinu do skla téměř do varu.

Právě pro tuto mechaniku funguje tepelné čerpadlo, pomocí něhož je možné vytápění bazénu nebo úplné vytápění venkovského domu. Instalace přenáší teplo z jedné oblasti na jinou, obecně zvenku místnosti směrem dovnitř. Existuje mnoho možností použití takové techniky.

  1. S určitými indikátory výkonu tepelného čerpadla se vytápění domu stává levnějším a efektivnějším.
  2. TUV s tepelným čerpadlem je snadné používat pomocí sekundárních topných kotlů.
  3. S určitým úsilím a správným provedením je možné vytvořit plně autonomní systém vytápění poháněný solárními panely.
  4. Většina modelů tepelných čerpadel - přijatelná volba pro teplou podlahu používanou jako topný okruh.

Chcete-li vybrat a získat vhodný systém, je předem nutné správně nastavit úkol před ním. A až po předložení požadavků na kapacitu a posouzení přijatelnosti jednotlivých typů tepelných kotlů pro splnění všech potřeb.

Obecná zásada práce

Technologicky platí, že tepelné čerpadlo pracuje podle známého Carnotova cyklu, řady transformací podstatných stavů. Tato slova mohou být pro většinu uživatelů zcela cizí. Přesto téměř každý z nich má doma alespoň jedno zařízení založené na tomto fyzickém procesu.

Jednoduše řečeno, tepelné čerpadlo je chladnička . Jakýkoliv model domácnosti, kde jsou občané zvyklí skladovat maso a nápoje, je topení s účinností více než 100%. Všechno funguje takto:

  • Chladnička odvádí teplo z výrobků, které jsou v ní umístěny, a přenáší je na mřížku chladiče a následně na prostor místnosti;
  • Zároveň je kompresor ohříván vzduchem.

Výsledkem je, že uživatel spotřebuje určité množství elektrické energie a získává dva zdroje tepla, z nichž jeden (energie z produktů) je zcela zdarma.

To je princip tepelného čerpadla. Zařízení má inverzní funkční schéma ve srovnání s chladničkou - v něm je užitečný a zodpovědný za konečnou účinnost výměník tepla. Všechno funguje takto:

  • Okruh pro vytápění tepla je umístěn mimo pokoj, obklopený prostředkem se stabilní teplotou;
  • během provozu tepelného čerpadla je teplota pracovní tekutiny násilně redukována přírodními fyzikálními procesy pod environmentálními parametry;
  • existuje výběr tepla pracovním tělem, jehož intenzita závisí na vytvořeném teplotním rozdílu;
  • Pracovní médium vstupuje do konverzní smyčky stavu a pokojového výměníku tepla;
  • energie se uvolňuje do vzduchu nebo do jiného média;
  • Pracovní těleso v počátečním stavu je přiváděno na začátek cyklu (obvod pro vytápění tepla).

Takováto topná schéma má řadu výhod a nevýhod. Při optimálních podmínkách však tepelné čerpadlo vykazuje značné úspory . Vytápění domu vyžaduje 70-80% nižší náklady oproti klasickým systémům plynových a pevných kotlů.

Konečná účinnost tepelného čerpadla závisí na mnoha faktorech. Některá technologická řešení mohou řešit pouze omezený počet úkolů. Jiní předpokládají komplexní instalaci tepelného čerpadla.

Dnes existuje řada domácích spotřebičů, jejichž majitelé ani nevědí, že používají inovativní revoluční myšlenky k výběru tepla prostředí. A to se může stát i při negativní teplotě vzduchu mimo okno. Toto klimatizační zařízení s funkcí vytápění, které je ve skutečnosti postaveno na mechanice tepelného čerpadla. Principy fungování takových zařízení vzduch-vzduch budou zvažovány později.

Schéma vytápění soukromého domu pomocí tepelného čerpadla

Optimální schéma pro použití tepelného čerpadla pro vytápění domu zahrnuje zásobní nádrž . Jednodušeji to vypadá takto:

Bloky 1 a 2 jsou zde uzavírací ventily, které řeší problém regulace příchozích tepelných toků. Mohou být ručně uzavřeny nebo mohou být automatickou tepelnou hlavou. Blok 3 - běžný termostat nebo senzorový systém.

Topení funguje podle následujícího principu:

  • Tepelné čerpadlo vybírá teplo prostředí a ohřívá vodu;
  • tekutina vstupuje buď do výměníku tepla sekundárního ohřevu zásobní nádrže, nebo cirkuluje v jediném okruhu;
  • Vykurovací systém je vybudován podle klasického principu, vodní proud v něm zajišťuje kruhové čerpadlo.

Diagram znázorněný na obrázku je minimální vybavení domu. Může být snadno doplněn. Zvláště nikdo nezasahuje do instalace dvou nádrží a principu sekundárního ohřevu kapaliny. Jeden z nich - kotel s tepelným čerpadlem (instalovaný přímo na jeho výstupu) - slouží k přívodu teplé vody. Objemnější nádrž řeší problém s dodávkou chladicí kapaliny do topného systému.

Vynikající pracovní možnost vytápění domu tepelným čerpadlem, skladovací kapacitou a systémem podlahového vytápění . V takovém případě není nutné topit kapalinu na vysokou teplotu. Optimální ukazatel teplé podlahy je od 30 do 40 stupňů. Topný okruh je podobný tomu již zmíněnému, ale namísto radiátorů vstupuje voda do kolektorové jednotky s vlastní regulací průtoku.

Klasifikace tepelných čerpadel podle charakteristik médií

Klasifikace tepelných čerpadel je poměrně velká. Zařízení jsou rozdělena podle druhu pracovního média, principu změny fyzického stavu, použití převodních zařízení, povahy nosiče energie potřebného pro provoz. Pokud uvážíme, že na trhu jsou prezentovány modely s různými kombinacemi klasifikačních kritérií, je zřejmé, že je těžké vyčíslit všechno. Mohli bychom však vzít v úvahu základní principy rozdělení skupin.

Z parametrů zdroje tepla a prostředí příjemce závisí instalace, konstrukce, stejně jako konečná charakteristika tepelného čerpadla. Dnes se navrhuje několik typů technických řešení.

Vzduch

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch jsou nejčastějšími zařízeními . Jsou kompaktní a poměrně jednoduché. Na mechanice tohoto typu pracují domácí klimatizační jednotky s režimem vytápění. Princip fungování je jednoduchý:

  • Ústřední výměník tepla se ochladí pod teplotou vzduchu a vytáhne teplo;
  • jakmile je vstupující Freon stlačen do chladiče, jeho teplota silně stoupá;
  • Ventilátor uvnitř místnosti, vyfukující výměník tepla, ohřívá místnost.

Výběr energie životního prostředí není nutně prováděn externím výměníkem tepla. K tomuto účelu může být vzduch nasáván do jednotky umístěné v místnosti. Tak fungují některé kanály.

Pokud klimatizační jednotka komprimuje a rozšiřuje freon, použije se ve vortexových tepelných čerpadlech jednoduchý vzduch . Mechanika práce je podobná: před vstupem do vnitřního výměníku tepla je plyn stlačen a po vypuštění energie je vyfukován intenzivním prouděním do komory pro odvod tepla.

Vírové tepelné čerpadlo je velká, masivní instalace, která funguje efektivně pouze za podmínek vysoké teploty okolí. Proto jsou takové systémy instalovány v průmyslových závodech, používají výfukové plyny pecí nebo horký vzduch hlavního klimatizačního systému jako zdroje tepla.

Voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda pracuje na stejném principu jako ostatní jednotky. Pouze médium přenosu energie se liší. Zařízení je vybaveno ponornými sondami, takže i v podmínkách tvrdé zimy se můžete dostat do vodního stolu s pozitivní teplotou.

V závislosti na požadavcích na vytápění mohou být systémy tepelných čerpadel voda-voda zcela odlišné velikosti. Například, počínaje několika studny vyvrtané kolem soukromého domu, končit velkými výměníky tepla umístěnými přímo ve vodopádu, které jsou položeny během fáze výstavby budovy.

Tepelná čerpadla voda-voda jsou charakterizována vyšší účinností a efektivním výkonem . Důvodem je zvýšená tepelná kapacita kapaliny. Vodní vrstva, ve které se nachází sonda nebo výměník tepla, rychle dodává energii a díky obrovskému objemu mírně snižuje jeho vlastnosti a přispívá ke stabilnímu fungování systému. Rovněž zařízení typu voda-voda je charakterizováno zvýšenou účinností.

Poradenství! Za určitých podmínek může schéma voda-voda provádět bez mezilehlých uzlů ve formě skladovacích nádrží topné sítě. Správně vyhodnotit stávající klimatické podmínky a zvolit kapacitu instalace, v domě je instalován ohřívač vody s tepelným čerpadlem a organizován efektivní systém teplé podlahy.

Vzduch-vzduch, vzduch-voda

Kombinované systémy by měly být vybrány zvlášť pečlivě. Zároveň jsou pečlivě posuzovány stávající klimatické podmínky. Například cyklus tepelného čerpadla voda-vzduch má dobrou účinnost pro vytápění v oblastech s těžkými mrazy . Systém vzduch-voda ve spojení s teplou podlahou a skladovací kotel sekundárního vytápění je schopen ukázat maximální úspory v oblastech, kde teplota vzduchu zřídka klesne pod -5 … -10 stupňů.

Tavenina (solanka) - voda

Tepelné čerpadlo této třídy je univerzální. Může být použita doslova všude . Ukazatele užitečné tepelné energie jsou konstantní a stabilní. Princip přístroje solné vody je založen na výběru tepla, především z půdy, která má normální vlhkost nebo bahnité parametry.

Systém je jednoduše instalovatelný: k umístění externích výměníků tepla stačí je zakopat do určité hloubky. Můžete také vybrat jednu z možností pro zařízení s plynnou nebo tekutou pracovní kapalinou.

Výpočet tepelného čerpadla třídy solné vody se provádí podle úrovně spotřeby energie pro vytápění. Metodika jejího kvantitativního určení je bohatá. Můžete dosáhnout co nejpřesnějšího výpočtu, s ohledem na materiál stěn domu, design oken, povahu půdy, průměrnou teplotu vzduchu a mnohem více.

Výrobci systémů solanky nabízejí různé verze modelů, které se liší spotřebě energie konverzní jednotky, konstrukcí a rozměry externích výměníků tepla a parametry výstupního obvodu. Výběr optimálního tepelného čerpadla podle předem vytvořeného seznamu požadavků není obtížné.

Rozdělte podle typu pracovní tekutiny

Moderní tepelná čerpadla mohou používat jako tepelný dopravník plynné těleso nebo chemický kapalný roztok amoniaku. Schopnost určitého schématu je hodnocena podle několika faktorů, vlastností systémů.

  1. Zařízení využívající freon mají cyklus tepelného čerpadla založený na kompresi a expanzi plynu. Jsou nějak postaveny na kompresorovém schématu. Zařízení má atraktivní ukazatele výkonu, ale má i nevýhody. Přestože vážená průměrná spotřeba systému v době provozního cyklu je stabilní, vedení je silně zatíženo. Kromě toho nebudou tepelná čerpadla s plynovým dopravníkem tepla užitečná v oblastech, kde neexistuje centralizovaná elektrická síť nebo zdroj energie s dostatečnou nosností.
  2. Zařízení typu odpařování s použitím roztoku amoniaku mají pracovní cyklus založený na procesu odpařování látky při nízkých teplotách varu. Zkapalňování po průchodu vnějšího výměníku tepla se objevuje pod vlivem zdroje energie. Jedná se o tepelný hořák. Může být použito téměř pro jakékoli palivo: pevný, benzin, nafta, plyn, petrolej, v některých případech - methylalkohol. Odpařovací tepelná čerpadla jsou proto atraktivní v místech, kde není elektřina. Navíc volba takového zařízení může být vyvolána nízkou cenou určitého druhu paliva v regionu.

Povaha pracovního média používaného v systému může říci hodně o výkonu instalace a výkonu. Takže tepelná čerpadla kompresorových čerpadel freon jsou schopny ostré trhnutí, což rychle otepluje místnost. Modely odpařování čpavku pro takové činy nejsou schopné. Jejich přednostní režim je stabilní, konstantní provoz s jmenovitým tepelným výkonem.

Výhody tepelných čerpadel a účelnost jejich instalace

Jak je uvedeno v reklamě, hlavní výhodou tepelných čerpadel je úspora vytápění . Do jisté míry vše funguje stejně. Pokud má tepelné čerpadlo prostředí pro výběr energie, které zajišťuje optimální teplotu, jednotka pracuje efektivně, náklady na vytápění se sníží přibližně o 70-80%. Existují však vždy případy, kdy tepelné čerpadlo může být iracionální investice prostředků.

Účinnost tepelného čerpadla je určena těmito technologickými vlastnostmi:

  • parametr mezní hranice snížení teploty pracovním tělesem;
  • minimální rozdíl v teplotách vnějšího výměníku a prostředí, při kterém je vytápění extrémně malé;
  • úroveň spotřeby energie a návrat užitečné tepelné kapacity.

Účelnost použití tepelného čerpadla závisí na několika faktorech.

  1. Území, kde takové zařízení nevykazuje dobré výsledky - oblasti s mrazivými zimami a nízké průměrné denní teploty . V tomto případě tepelné čerpadlo jednoduše není schopno odvést dostatečné množství tepla z prostředí, které přichází velmi blízko k zóně s nulovou účinností. Především se týká systémů typu vzduch-vzduch.
  2. S rostoucím objemem vyhřívaného prostoru se technologické parametry tepelného čerpadla zvyšují téměř v geometrickém průběhu. Přebytečné výměníky tepla jsou stále větší, velikost a počet ponorných sond ve vodě nebo na zemi se zvyšuje. V určitém okamžiku jsou náklady tepelného čerpadla na vytápění, potřebné náklady na jeho instalaci a údržbu, stejně jako platba za spotřebovanou energii, prostě iracionálními investicemi. Je mnohem levnější vytvořit klasický plynový topný systém s kotlem.
  3. Čím složitější systém, tím dražší a problematická je jeho oprava v případě zlomení . To je negativní doplněk k velikosti vyhřívané oblasti a charakteristikám klimatické zóny.
Poradenství! Obecně platí, že použití tepelného čerpadla jako jediného zdroje tepla pro dům může být zváženo pouze v omezeném počtu situací. Vždy je rozumné používat integrovaný bezpečnostní systém. Zde je počet možných kombinací omezen pouze dostupnými zdroji energie a finančními vlastnostmi majitele.

Classics - tepelné čerpadlo a plynový / pevný palivový kotl, pracující ve spojení. Myšlenka je jednoduchá: výrobky spalování paliva jsou vedeny přes širokou trubku. V něm je výměník tepelného čerpadla. V systému zásobování teplem a teplou vodou jsou instalovány zásobní nádrže a nepřímý topný kotel. Zařízení (kotel a čerpadlo) je aktivováno současně, když teplota kapaliny v distribuční síti klesá. Práce ve dvojicích téměř úplně využívají energii spalujícího paliva a ukazují tak blízko maximálních ukazatelů výkonu.

Systém s přizpůsobením se charakteristikám prostředí je postaven na tepelném čerpadle, ventilátorové jednotce, tepelné pistole jakékoliv třídy . Při dostatečně vysoké teplotě vzduchu na ulici (až do -5 … -10 stupňů Celsia) tepelné čerpadlo pracuje v nominálním režimu a zajišťuje dostatečný tepelný výkon pro vytápění. Zvláštností návrhu systému je umístění jeho externího tepelného výměníku v samostatném větracím kanálu. При падении температуры на улице ниже оптимальной отметки подаваемый воздух нагревается тепловой пушкой (дизельной, электрической или газовой).

Особо стоит отметить: большинство схем, предусматривающих адаптацию к температуре воздуха или стабилизирующие параметры эксплуатации теплонасоса, применяются к устройствам класса воздух-воздух и воздух-вода. Другие системы, из-за изолированных в земле или воде внешних теплообменников не позволяют создания подобных «тепличных» условий работы.

Основные характеристики и расчет мощности теплового насоса

Общая рациональность установки теплонасоса для отопления дома оцениваются, прежде всего, по финансовым тратам . Сюда входят:

  • цена покупки оборудования;
  • стоимость монтажа, которая может включать земельные работы;
  • траты на периодическое обслуживание;
  • примерная стоимость ликвидации частых неполадок.

Выбор модели по мощности, как было сказано выше, базируется на общей потребности в теплообеспечении. Примерный расчет для одноэтажного дома 10х10 метров (300 кубометров объема) выглядит примерно так:

  • учитывается максимальная отрицательная зимняя температура (-20);
  • определяется разница между комнатой и окружающей средой (20 - -20 = 40);
  • высчитываются теплопотери стен, по справочным данным их материала (для кирпича табличное значение 1, теплопотери - 1х300х40 - 12000 килокалорий в час или 13, 5 кВт).

Полученная цифра - показатель минимальной мощности теплового насоса, которого хватит для отопления дома. Для выбора оптимальной модели характеристику нужно увеличить минимум на 50%. Это делается из-за того, что теплонасосу зимой придется работать в неоптимальных условиях, близко к нижней точке нулевой эффективности по температуре окружающей среды. Полученная цифра для рассматриваемого примера - около 20 кВт.

Вторая часть расчета - выбор емкости накопительного бака . Данную часть системы рекомендуется устанавливать, чтобы теплонасос мог работать ограниченное число циклов в сутки. В документации к оборудованию приводятся рекомендации по объему теплоаккумулятора для определенного показателя цикличности. Среднестатистическая цифра - 30 литров на киловатт при 3 запусках, 20 литров - при 5 запусках. Таким образом, для дома в рассматриваемом примере понадобится бак накопителя минимум в 400 литров для пяти циклов работы теплонасоса в сутки.

Závěr

Если в результате анализа климата, доступных источников энергии, характера почв принято решение купить теплонасос для отопления - рекомендуется доверить проектирование системы профессионалам. Оптимальный выбор модели основывается не только на особенностях оборудования и механике его работы. Специалисты учтут теплоотдачу почв, выберут комбинированную схему с хорошей эффективностью, рассчитают лучший вариант проведения земельных работ. Поэтому разработанная профессионалами система отопления с тепловым насосом не заставит столкнуться с неожиданностями и пожалеть о своем выборе.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Domácí spotřebiče