Šilumos siurbliai namų šildymui: tipai ir veikimo principas

Oras-vanduo siurblio veikimo principas

Kaip jau minėta, pagrindinis tokio tipo įrenginių šiluminės energijos šaltinis yra atmosferos oras. Pagrindinis oro siurblių veikimo pagrindas yra fizinė skysčių savybė sugerti ir išleisti šilumą fazinio perėjimo iš skystos būsenos į dujinę būseną metu ir atvirkščiai. Dėl būsenos pasikeitimo temperatūra išsiskiria. Sistema veikia atvirkštinio šaldytuvo principu.

Norint efektyviai panaudoti šias skysčio savybes, žemos virimo temperatūros šaltnešis (freonas, freonas) cirkuliuoja uždaroje grandinėje, kurios konstrukcija apima:

• kompresorius su elektrine pavara;
• ventiliatoriaus pučiamas garintuvas;
• droselio (išsiplėtimo) vožtuvas;
• plokštelinis šilumokaitis;
• variniai arba metaliniai-plastikiniai cirkuliaciniai vamzdeliai, jungiantys pagrindinius grandinės elementus.

Šaltnešio judėjimas grandinėje vyksta dėl kompresoriaus sukuriamo slėgio.Siekiant sumažinti šilumos nuostolius, vamzdžiai padengiami šilumą izoliuojančiu dirbtinės gumos arba polietileno putplasčio sluoksniu su apsaugine metalizuota danga. Kaip šaltnešis naudojamas freonas arba freonas, kuris gali virti neigiamoje temperatūroje ir neužšąla iki -40 ° C.

Visas darbo procesas susideda iš šių nuoseklių ciklų:

1. Garintuvo radiatoriuje yra skystas šaltnešis, kuris yra vėsesnis už lauko orą. Aktyvaus radiatorių pūtimo metu šiluminė energija iš žemo potencialo oro perduodama freonui, kuris užverda ir pereina į dujinę būseną. Tuo pačiu metu jo temperatūra pakyla.
2. Įkaitusios dujos patenka į kompresorių, kur suspaudimo proceso metu dar labiau įkaista.
3. Suslėgti ir įkaitinti šaltnešio garai tiekiami į plokštelinį šilumokaitį, kur šildymo sistemos šilumnešis cirkuliuoja per antrąjį kontūrą. Kadangi aušinimo skysčio temperatūra yra daug žemesnė nei šildomų dujų, freonas aktyviai kondensuojasi ant šilumokaičio plokščių, atiduodamas šilumą šildymo sistemai.
4. Atvėsintas garų ir skysčių mišinys patenka į droselio sklendę, kuri leidžia tik atvėsusiam žemo slėgio skystam šaltnešiui patekti į garintuvą. Tada visas ciklas kartojamas.

Siekiant padidinti vamzdžio šilumos perdavimo efektyvumą, ant garintuvo suvyniojami spiraliniai pelekai. Reikėtų atsižvelgti į šildymo sistemos apskaičiavimą, cirkuliacinių siurblių ir kitos įrangos pasirinkimą hidraulinis pasipriešinimas ir koeficientas šilumos perdavimo plokštelinio šilumokaičio montavimas.

Vaizdo įrašas apie sistemos įrenginį ir jo veikimą

Inverteriniai šilumos siurbliai

Inverteris kaip įrenginio dalis leidžia sklandžiai paleisti įrangą ir automatiškai reguliuoti režimus, priklausomai nuo lauko temperatūros. Tai maksimaliai padidina šilumos siurblio efektyvumą:

• efektyvumo pasiekimas 95-98% lygiu;
• sumažinti energijos suvartojimą 20-25 %;
• elektros tinklo apkrovų mažinimas;
• padidinti gamyklos tarnavimo laiką.

Dėl to patalpų temperatūra stabiliai palaikoma tame pačiame lygyje, nepaisant oro pokyčių. Tuo pačiu metu inverteris su automatizuotu valdymo bloku užtikrins ne tik šildymą žiemą, bet ir vėsinto oro tiekimą vasarą karštu oru.

Tuo pačiu metu reikia atsižvelgti į tai, kad dėl papildomos įrangos visada padidėja jos kaina ir pailgėja atsipirkimo laikotarpis.

Padalijimas pagal darbinio skysčio tipą

Galima naudoti šiuolaikinius šilumos siurblius dujinis kūnas arba cheminis skystis amoniako tirpalas kaip šilumos pernešėjas. Konkrečios schemos tinkamumas vertinamas pagal kelis veiksnius, sistemos ypatybes.

1. Freono įrenginiuose yra šilumos siurblio ciklas, pagrįstas dujų suspaudimo ir išsiplėtimo procesais. Jie kažkaip sukurti pagal kompresoriaus schemą. Įranga pasižymi patraukliais veikimo rodikliais, tačiau turi ir trūkumų. Nors vidutinis svertinis sistemos suvartojimas veikimo ciklo metu yra stabilus, laidai yra labai apkrauti. Be to, šilumos siurbliai su dujiniu šilumos transporteriu nebus naudingi regionuose, kuriuose nėra centralizuoto elektros tinklo ar pakankamos apkrovos energijos šaltinio.
2. Garinimo tipo įrenginiai, kuriuose naudojamas amoniako tirpalas, turi darbo ciklą, pagrįstą medžiagos išgarinimo procesu žemoje virimo temperatūroje. Suskystinimas praeinant išoriniam šilumokaičiui vyksta veikiant energijos šaltiniui. Tai šilumos degiklis. Tam gali būti naudojamas beveik bet koks kuras: kietas, benzinas, dyzelinas, dujos, žibalas, kai kuriais atvejais - metilo alkoholis. Todėl garuojantys šilumos siurbliai patrauklūs tose vietose, kur nėra elektros. Be to, rinktis tokią įrangą gali paskatinti tam tikros rūšies kuro pigumas regione.

Sistemoje naudojamo darbinio skysčio pobūdis gali daug pasakyti apie įrenginio veikimą ir galią. Taigi freoniniai kompresoriniai šilumos siurbliai gali staigiai trūkčioti, greitai sušildydami patalpą. Amoniako garinimo modeliai tokių žygdarbių nepajėgūs. Pageidaujamas jų naudojimo būdas yra stabilus, nuolatinis veikimas esant vardinei šiluminei galiai.

Šilumos siurblių tipai

Šilumos siurbliai skirstomi į keletą tipų. Pirmasis tipas (tipas) klasifikacijoje pagal šilumos energijos perdavimo būdą:

Suspaudimas. Pagrindiniai montavimo elementai yra kompresoriai, kondensatoriai, plėtikliai ir garintuvai. Šio tipo siurbliai yra labai kokybiški ir efektyvūs, o tai lemia tai, kad jie yra labai populiarūs rinkoje.

Absorbcija. Naujausios kartos šilumos siurbliai. Savo darbe jie naudoja sugeriantį freoną. Dėl to darbo kokybė kelis kartus padidėja.

Galima atskirti šilumos siurblių tipai pagal šilumos šaltinius, būtent:

• Šilumos energiją sukuria gruntas (nuotraukoje);
• vanduo;
• Oro srovės
• Iš naujo šiluma. Jie gaunami iš vandens nuotėkio, nešvaraus oro ar nuotekų.

Pagal įvesties-išvesties grandinių tipus:

• oras-oras. Siurblys paima šaltą orą, sumažina jo temperatūrą, gauna reikiamą šilumą, kuri perduoda ją ten, kur reikia šildyti.
• vanduo-vanduo. Siurblys ima šilumą iš gruntinio vandens, kuris atiduoda vandeniui patalpai šildyti.
• vanduo-oras. Iš vandens į orą. Vandeniui būdingas zondų ir šulinių naudojimas, o šildymas vyksta per oro šildymo sistemą.
• oras-vanduo. Iš oro į vandenį. Šio tipo siurbliai vandeniui šildyti naudoja atmosferos šilumą.
• dirvožemis-vanduo. Šioje formoje šiluma paimama iš vamzdžių su vandeniu, padėtu į žemę. Šiluma paimama iš žemės (dirvožemio).
• Ledinis vanduo. Įdomus šilumos siurblio tipas. Vandeniui šildyti patalpų šildymui naudojama ledo gamybos technika, kurios metu išsiskiria kolosali šiluminė energija. Užšaldę iki 200 litrų vandens, galite gauti energijos, kuri vidutiniškai gali šildyti 40-60 minučių.

Šilumos siurblių privalumai ir trūkumai

Principas šilumos siurblio veikimas, paprastai tariant, yra pagrįstas žemos kokybės šiluminės energijos surinkimu ir tolesniu jos perdavimu į šildymo ir klimato sistemas, taip pat į vandens valymo sistemas, tačiau esant aukštesnei temperatūrai. Galima pateikti paprastą pavyzdį dujų baliono forma – pripildytas dujų, kompresorius įkaista jas suslėgdamas. O jei išleisite dujas iš baliono, tai balionas atvės – pabandykite staigiai išleisti dujas iš pakartotinai užpildomo žiebtuvėlio, kad suprastumėte šio reiškinio esmę.

Taigi šilumos siurbliai tarsi atima šiluminę energiją iš supančios erdvės – jos yra žemėje, vandenyje ir net ore. Net jei oro temperatūra yra neigiama, jame vis tiek yra šilumos. Jis taip pat randamas visuose vandens telkiniuose, kurie neužšąla iki pat dugno, taip pat giliuose dirvožemio sluoksniuose, kurie taip pat nėra atsparūs giliam užšalimui - nebent, žinoma, tai yra amžinasis įšalas.

Šilumos siurbliai turi gana sudėtingą įrenginį, tai matote bandydami išardyti šaldytuvą ar oro kondicionierius. Šie mums žinomi buitiniai agregatai yra kažkuo panašūs į minėtus siurblius, tik veikia priešinga kryptimi - paima šilumą iš patalpų ir išsiunčia į lauką. Jei uždėsite ranką ant galinio šaldytuvo radiatoriaus, pastebėsime, kad jis šiltas. Ir ši šiluma yra ne kas kita, kaip energija, paimama iš vaisių, daržovių, pieno, sriubų, dešrų ir kitų produktų, kurie yra kameroje.

Kondicionieriai ir split sistemos veikia panašiai – lauko blokų generuojama šiluma yra po truputį surenkama šiluminė energija vėsinamose patalpose.

Šilumos siurblio veikimo principas yra atvirkštinis šaldytuvo veikimo principas. Jis surenka šilumą iš oro, vandens ar dirvožemio tais pačiais grūdeliais, po to nukreipia ją vartotojams – tai šildymo sistemos, šilumos akumuliatoriai, grindų šildymo sistemos, vandens šildytuvai. Atrodytų, niekas netrukdo pašildyti aušinimo skysčio ar vandens paprastu kaitinimo elementu – taip lengviau. Tačiau palyginkime šilumos siurblių ir įprastų šildymo elementų našumą:

Renkantis šilumos siurblį svarbiausia yra konkretaus natūralaus energijos šaltinio prieinamumas.

• Įprastas kaitinimo elementas - 1 kW šilumos gamybai sunaudoja 1 kW elektros energijos (be klaidų);
• Šilumos siurblys – 1 kW šilumos gamybai sunaudoja tik 200 W elektros energijos.

Ne, čia nėra 500% efektyvumo – fizikos dėsniai yra nepajudinami. Čia veikia tik termodinamikos dėsniai. Siurblys tarsi kaupia energiją iš kosmoso, ją „sutirština“ ir siunčia vartotojams. Lygiai taip pat lietaus lašus galime surinkti per didelę laistytuvą, prie išėjimo gaudami vientisą vandens srovę.

Jau pateikėme daug analogijų, leidžiančių suprasti šilumos siurblių esmę be abstrakčių formulių su kintamaisiais ir konstantomis. Dabar pažvelkime į jų pranašumus:

• Energijos taupymas – jei standartinis elektrinis šildymas 100 kv. m kainuos 20-30 tūkstančių rublių per mėnesį (priklausomai nuo lauko temperatūros), tada šildymo sistema su šilumos siurbliu sumažins išlaidas iki priimtinų 3-5 tūkstančių rublių - sutikite, tai jau gana solidžios santaupos. Ir tai be gudrybių, be apgaulės ir be rinkodaros gudrybių;
• Rūpinimasis aplinka – anglies, atominės ir hidroelektrinės kenkia gamtai. Todėl sumažinus elektros suvartojimą, sumažėja kenksmingų emisijų kiekis;
• Platus panaudojimo spektras – gautą energiją galima panaudoti būsto šildymui ir karšto vandens ruošimui.

Taip pat yra trūkumų:

• Didelė šilumos siurblių kaina – šis trūkumas riboja jų naudojimą;
• Reguliarios priežiūros poreikis – už tai reikia mokėti;
• Montavimo sunkumai – tai daugiausia taikoma šilumos siurbliams su uždaromis grandinėmis;
• Žmonių nepritarimas – retas iš mūsų sutiktų investuoti į šią įrangą, kad sumažintų naštą aplinkai. Tačiau kai kurie žmonės, gyvenantys toli nuo dujotiekių ir priversti namus šildyti alternatyviais šilumos šaltiniais, sutinka leisti pinigus šilumos siurblio pirkimui ir sumažinti mėnesines sąskaitas už elektrą;
• Priklausomybė nuo elektros tinklo – nutrūkus elektros tiekimui, įranga iš karto užšals. Situaciją išgelbės įrengus šilumos akumuliatorių arba atsarginį maitinimo šaltinį.

Kaip matote, kai kurie trūkumai yra gana rimti.

Benzino ir dyzelino generatoriai gali būti šilumos siurblių atsarginiai energijos šaltiniai.

patarimai ir triukai

Šilumos siurblys yra techniškai sudėtinga ir gana brangi įranga, todėl jo pasirinkimas turėtų būti vertinamas labai atsakingai. Kad nebūtų be pagrindo, pateikiame keletą labai konkrečių rekomendacijų.

1. Niekada nepradėkite rinktis šilumos siurblio prieš tai neatlikę skaičiavimų ir nesukūrę projekto. Projekto nebuvimas gali sukelti lemtingų klaidų, kurias galima ištaisyti tik milžiniškų papildomų finansinių investicijų pagalba.

2. Šilumos siurblio ir šildymo sistemos projektavimas, montavimas ir priežiūra turėtų būti patikėti tik profesionalams. Kaip įsitikinti, kad šioje įmonėje dirba profesionalai? Visų pirma, turint visą reikiamą dokumentaciją, įgyvendintų objektų portfelį, įrangos tiekėjų sertifikatus.Labai pageidautina, kad visą reikalingų paslaugų spektrą teiktų viena įmonė, kuri šiuo atveju bus visiškai atsakinga už projekto įgyvendinimą.

3. Patariame teikti pirmenybę Europoje pagamintam šilumos siurbliui. Neapsigaukite dėl to, kad ji yra brangesnė nei kiniška ar rusiška įranga. Įtraukus į visos šildymo sistemos įrengimo, paleidimo ir derinimo sąmatą, siurblių kainų skirtumas bus beveik nepastebimas. Tačiau, kita vertus, turėdami „europietišką“ būsite tikri jo patikimumu, nes aukšta siurblio kaina yra tik šiuolaikinių technologijų ir kokybiškų medžiagų panaudojimo jam sukurti rezultatas.

Pagrindinės veislės

Visi šildymo sistemų cirkuliaciniai siurbliai skirstomi į du konstrukcinius tipus: įrenginius su „sausu“ rotoriumi ir cirkuliacinius siurblius su „šlapiu“ rotoriumi.

Pirmojo tipo cirkuliaciniuose siurbliuose, kurie jau aišku iš jų pavadinimo, rotorius nesiliečia su skysta darbo terpe - aušinimo skysčiu. Tokių siurblių sparnuotė yra atskirta nuo rotoriaus ir statoriaus sandarinimo plieniniais žiedais, prispaudžiamais vienas prie kito specialia spyruokle, kuri kompensuoja šių elementų susidėvėjimą. Šio sandarinimo mazgo sandarumą siurblio veikimo metu užtikrina plonas vandens sluoksnis tarp plieninių žiedų, susidarantis dėl slėgių skirtumo šildymo sistemoje ir išorinėje aplinkoje.

Cirkuliaciniai siurbliai šildymui su „sausu“ rotoriumi išsiskiria gana dideliu efektyvumu (89%) ir našumu, tačiau tokio tipo hidraulinės mašinos turi ir trūkumų, tarp kurių yra stiprios. triukšmas darbe eksploatavimo, priežiūros ir remonto sudėtingumas.Paprastai pramoninėse šildymo sistemose yra įrengti tokio tipo siurbliai, jie retai naudojami namų šildymo sistemose.

Vienpakopis cirkuliacinis siurblys su „sausu“ rotoriumi

Šildymo sistemų cirkuliacinis siurblys su „šlapiu“ tipo rotoriumi yra įrenginys, kurio sparnuotė ir rotorius nuolat liečiasi su aušinimo skysčiu. Darbinė terpė, kurioje sukasi rotorius ir sparnuotė, veikia kaip tepalas ir aušinimo skystis. Šio tipo siurblių statorius ir rotorius yra izoliuoti vienas nuo kito naudojant specialų nerūdijančio plieno stiklą. Toks stiklas, kurio viduje aušinimo skysčio terpėje besisukantis rotorius ir sparnuotė apsaugo įtampą turinčią statoriaus apviją nuo darbinio skysčio patekimo į ją.

Šio tipo siurblių efektyvumas yra gana žemas ir siekia tik 55%, tačiau tokio įrenginio techninių galimybių visiškai pakanka užtikrinti aušinimo skysčio cirkuliaciją šildymo sistemose. ne per dideli namai. Jeigu kalbėtume apie cirkuliacinių siurblių su „šlapiu“ rotoriumi privalumus, tai juose turėtų būti minimalus tokių įrenginių veikimo metu skleidžiamas triukšmas, didelis patikimumas, naudojimo paprastumas, priežiūra ir remontas.

Drėgnas cirkuliacinis siurblys

Šilumos siurblio tipo pasirinkimas

Pagrindinis šios šildymo sistemos rodiklis yra galia. Visų pirma, nuo galios priklausys finansinės išlaidos įrangai įsigyti ir pasirinkti vieną ar kitą žematemperatūrės šilumos šaltinį.Kuo didesnė šilumos siurblio sistemos galia, tuo didesnės komponentų kainos.

Visų pirma, tai reiškia kompresoriaus galią, geoterminių zondų šulinių gylį arba plotą, kuriame tilps horizontalus kolektorius. Teisingi termodinaminiai skaičiavimai yra tam tikra garantija, kad sistema veiks efektyviai.

Jei šalia jūsų asmeninės zonos yra rezervuaras, ekonomiškiausias ir produktyviausias pasirinkimas bus šilumos siurblio vanduo- vanduo

Pirmiausia turite ištirti plotą, kuriame planuojama įrengti siurblį. Ideali sąlyga būtų rezervuaro buvimas šioje srityje. Naudojant „vanduo-vandens“ parinktį žymiai sumažės kasimo darbų kiekis.

Priešingai, žemės šilumos naudojimas apima daugybę darbų, susijusių su kasinėjimu. Sistemos, kuriose vanduo naudojamas kaip žemos kokybės šiluma, laikomos efektyviausiomis.

Šilumos siurblio įtaisas, išgaunantis šiluminę energiją iš žemės, apima įspūdingą kiekį žemės darbų. Kolektorius padėtas žemiau sezoninio užšalimo lygio

Yra du būdai panaudoti dirvožemio šiluminę energiją. Pirmasis apima 100–168 mm skersmens šulinių gręžimą. Tokių gręžinių gylis, priklausomai nuo sistemos parametrų, gali siekti 100 m ir daugiau.

Į šiuos šulinius įdedami specialūs zondai. Antrasis metodas naudoja vamzdžių kolektorius. Toks kolektorius dedamas po žeme horizontalioje plokštumoje. Ši parinktis reikalauja gana didelio ploto.

Kolektoriui kloti vietos su šlapiu dirvožemiu laikomos idealiomis. Natūralu, kad gręžinio gręžimas kainuos daugiau nei horizontalus rezervuaras.Tačiau ne kiekvienoje svetainėje yra laisvos vietos. Vienam kW šilumos siurblio galios reikia nuo 30 iki 50 m² ploto.

Šiluminės energijos paėmimo su vienu giliu gręžiniu statyba gali pasirodyti šiek tiek pigesnė nei kasti duobę

Tačiau reikšmingas pliusas yra didelis erdvės sutaupymas, o tai svarbu mažų sklypų savininkams. Jei aikštelėje yra aukštai esantis požeminio vandens horizontas, šilumokaičiai gali būti išdėstyti dviejuose šuliniuose, esančiuose maždaug 15 m atstumu vienas nuo kito.

Jei aikštelėje yra aukštai esantis požeminio vandens horizontas, šilumokaičiai gali būti išdėstyti dviejuose šuliniuose, esančiuose maždaug 15 m atstumu vienas nuo kito.

Šiluminės energijos gavyba tokiose sistemose pumpuojant požeminį vandenį uždaroje grandinėje, kurios dalys yra šuliniuose. Tokiai sistemai reikia įrengti filtrą ir periodiškai valyti šilumokaitį.

Paprasčiausia ir pigiausia šilumos siurblio schema paremta šilumos energijos išgavimu iš oro. Kadaise tai tapo šaldytuvų konstravimo pagrindu, vėliau pagal jo principus buvo kuriami kondicionieriai.

Paprasčiausia šilumos siurblio sistema energiją gauna iš oro masės. Vasarą jis dalyvauja šildymui, o žiemą - oro kondicionavimui. Sistemos trūkumas yra tas, kad nepriklausomoje versijoje įrenginys, kurio galia yra nepakankama

Efektyvumas įvairių tipų šios įrangos ne tas pats. Siurbliai, naudojantys orą, turi mažiausią našumą. Be to, šie rodikliai tiesiogiai priklauso nuo oro sąlygų.

Antžeminiai šilumos siurbliai pasižymi stabiliu našumu. Šių sistemų efektyvumo koeficientas svyruoja tarp 2,8 -3,3.Vanduo-vanduo sistemos yra efektyviausios. Taip yra visų pirma dėl šaltinio temperatūros stabilumo.

Reikėtų pažymėti, kad kuo giliau rezervuare yra siurblio kolektorius, tuo stabilesnė bus temperatūra. Norint gauti 10 kW sistemos galią, reikia apie 300 metrų vamzdyno.

Pagrindinis šilumos siurblio efektyvumą apibūdinantis parametras yra jo konversijos koeficientas. Kuo didesnis konversijos koeficientas, tuo šilumos siurblys laikomas efektyvesniu.

Šilumos siurblio konversijos koeficientas išreiškiamas šilumos srauto ir elektros energijos, sunaudojamos kompresoriui veikti, santykiu.