Mindent a hőszivattyúról

A hőszivattyú a század elejéről származik. A hűtőszekrény feltalálásával XX.

A hőszivattyú működésének alapjain a fizika jelenségeinek és törvényeinek sorozata verseng: A termodinamika XNUMX. elve: "A hő soha nem tud magától átmenni egy alacsonyabb hőmérsékletű testről a magasabb hőmérsékletűre." (Clausius kijelentése), valamint Watt fizikus felfedezése: a sűrített gáz hőt bocsát ki, és fordítva, a expandált - hőt vesz fel.

Miért érdekel minket a hőszivattyú?

A legjobb energiatermelési megoldások folyamatos keresése során ebben a cikkben a hőszivattyút elemezzük minden változatában.

A szakemberek minden igyekezete a nem szennyező vagy legalább enyhén környezetszennyező hőforrások felkutatására és azok tömeges felhasználására való átállásra, a lakások fűtésére a hőátadás megvalósítására és az egyre híresebb hőszivattyú megjelenésére irányította a figyelmet. A hőszivattyú hatékonyságának és a többi fűtési vagy hűtési rendszernél kevésbé szennyező erőforrás felhasználásának köszönhetően az egyik előnyben részesített megoldás alternatív telepítési rendszerként közel nulla fogyasztású projektekhez, házakhoz vagy épületekhez, és az elhelyezkedési helyzettől függően. aktív házhoz használják.

Mi az a hőszivattyú?

Néhány szóban elmondható, hogy a hőszivattyú egy olyan forrásból vonzza és továbbítja a hőt, amelyre tervezték (legyen szó talajról, vízről vagy levegőről) és egy kompresszor segítségével, pontosan az elven. a hűtőszekrényben megemeli a nagyon alacsony forráspontú (valahol -2°C körüli) hűtőközeg hőmérsékletét, a fűtőberendezésen át keringő hőközeg hőmérsékletét a rendszertől függetlenül átviszi a használt statikus testekre (fűtőtestek, padló, szellőzés stb.). A hőszivattyút nagyon egyszerűen az jellemzi, hogy működési módja nagyon közel áll a kompresszoros hűtőgépekhez: a sűrített gáz hőt bocsát ki, az ellentétes irányban pedig az expandált hőt vesz fel.

Hogyan működik a hőszivattyú

A hőszivattyúnak állandó áramforrásra van szüksége. Kötelező állandó forrásra csatlakozni, lehetőség szerint nyilvános hálózatra, ha nem, lehetőleg az alacsony fogyasztás miatt, napelemes napelemes rendszerre vagy miért ne szélturbinákra, alternatív rendszerekre stb. Az elektromos forrás táplálja a kompresszort, amely összenyomja a hűtőfolyadékot, hogy elérje a fűtéshez és használati melegvíz készítéshez használt hőmérsékletet. Amikor a hűtőközeggőz eléri a hőszivattyúban lévő kondenzátort, azt hő veszi körül. A fűtőközeg hőmérséklete alacsonyabb, mint a hűtőközeg hőmérséklete, gőzállapotban, így a gőz lehűl és lecsapódik. Ebben a pillanatban a hőt a párologtató veszi át, beleértve a kompressziós folyamat során keletkező hőt is, amelynek jelentős része a kondenzátorban szabadul fel és a hőközegnek a fűtésre hasznos energia formájában ad át. A transzferszert ezután legtöbbször egy expanziós szelep segítségével visszavezetik a párologtatóba. A hűtőközeg így a kondenzátor magas nyomásáról az elpárologtató alacsony nyomására kerül át. A párologtatóba való belépéssel itt újra elérik a folyamat elején talált értékeket, és az áramkör bezárul.

A hűtőszekrények, valamint a klímaberendezések klasszikus példái a háztartásokban már meglévő és csak hűtési üzemmódban működő hőszivattyúknak. A hűtőszekrény valójában csak egy jól szigetelt doboz, amelyhez hőszivattyús rendszer kapcsolódik. A párologtató tekercs belül található, és általában a fagyasztáshoz használt rekeszben található. A hő elnyeli a fagyasztóból, és kifelé áramlik, általában az egység mögé vagy alá, ahol a kondenzátor tekercs található. Szinte hasonló módon működik egy klímaberendezés, amely a hőt a házon belülről kifelé viszi át. Így már egy ideje van otthonunkban a hőszivattyús rendszer, de nem használták mindkét irányba.

A hőszivattyú más hőforrások megléte vagy támogatása nélkül is használható.

A működési kritérium szerint rezsimű hőszivattyúkkal találkozunk

• Egyértékű: a hőszivattyú az egyetlen fűtési forrás – a közcélú hálózatból vagy más forrásból származó áramot használ a kompresszor működtetéséhez
• Bivalens - párhuzamos: a hőszivattyúval és más hőforrással párhuzamosan szerelhető és használható; ha a párhuzamos hőforrás villamos energia, a rendszert bivalens - monoenergetikus párhuzamosnak nevezzük
• Bivalens - alternatíva: a hőszivattyú felváltva működik egy másik hőforrással;
• Bivalens – részleges – párhuzamos: a hőszivattyú párhuzamosan vagy alternatív módon más hőforrással működik.

A hőszivattyú teljesen reverzibilis ciklussal rendelkezik, és képes szabályozni a beltéri környezetet télen fűtéshez, nyáron pedig szükség esetén hűtéshez vagy párátlanításhoz. Mivel a kinti talaj vagy levegő mindig hőt tartalmaz, miért ne használna hőszivattyút a ház fűtésére és hűtésére? A hőszivattyúban alkalmazott egyik alapelv, hogy a -18°C hőmérsékletű levegő a 85°C-on benne lévő energia körülbelül 21%-át tartalmazza.

Milyen típusúak a hőszivattyúk?

A hőszivattyúknak két fő típusa van, amelyeket a használt rendszer szerint neveznek el

• Kompressziós hőszivattyú, amely mindig mechanikai energiával működik, elektromos energián keresztül
• Abszorpciós hőszivattyú, amely hőt is üzemeltethet energiaforrásként (árammal vagy tüzelőanyaggal).

Számos forrást használtak fűtésre hőforrásként.

Levegős hőszivattyú (kivonja a hőt a külső levegőből)

• levegő-levegő hőszivattyú (átadja a beltéri levegő hőenergiáját)
• levegő-víz hőszivattyú (a hőenergiát egy víztartályba viszi át)

Geotermikus hőszivattyú (hőt von ki a talajból vagy hasonló forrásokból)

• geotermikus levegő hőszivattyú (a hőenergiát a beltéri levegőnek viszi át)
• föld-levegő hőszivattyú (a talaj a hőforrás)
• kő-levegő hőszivattyú (a kő hőforrás)
• víz-levegő hőszivattyú (víz hőforrásként)

Geotermikus víz hőszivattyú (a hőt egy víztárolóba viszi át)

• talajvíz hőszivattyú (a talaj a hőforrás)
• kő-víz hőszivattyú (a kő a hőforrás)
• víz-víz hőszivattyú (víztest, mint hőforrás)

Talaj-víz hőszivattyúk

A glikol nevű fagyálló oldat a hőforrás földjébe temetett csövek áramkörében kering, és vízszintes vagy függőleges hőcserélőn keresztül veszi fel a föld hőjét. Ez a hő egy kompresszor segítségével a ház fűtési rendszerébe kerül és a kondenzátorba kerül. A kondenzátorban a hőátadó rendszer vize magába foglalja az elpárologtatóban elnyelt hőt, és energiával látja el a kompresszort.

A kollektorok elhelyezésétől függően többféle kollektoros hőszivattyút különböztetünk meg:

• lapos: átlagosan 1-2 m mélységben vannak eltemetve különböző formájú (U vagy spirál alakú) kollektorrendszerük. Nagy hatékonyságú gazdasági rendszer, de semmilyen talajba nem temethető, és a lakható terület közel kétszeresére kell bővíteni.
• mélység: 50-100 m mélységben elhelyezett szondákból állnak, és nagyon magas hatásfokkal rendelkeznek. A szerelési költségek jelentősek a 100-300 lej/méter közötti változó árú fúrások miatt. Csak akkor használhatók, ha a talaj megengedi.
• közvetlen párologtatással: a laposok mellett speciális befogó áramkörrel is rendelkeznek, ezért hatékonyabbak vagy kisebb helyet foglalnak el.

Víz-víz hőszivattyúk

A szivattyúzott talajvízből vagy felszíni vízből származó hőt hőátadásra használják fel, a kompresszoron keresztül a kondenzátorba szállítják. Ha ott van, a talaj-víz szivattyú rendszer kerül használatba. Ezek a leghatékonyabbak a 8 Celsius-fok feletti hőmérsékletű geotermikus forrásból származó hő felhasználásával, de a legnehezebben használhatók mind az erőforrás rendelkezésre állása, mind a bányászatára vonatkozó törvényi előírások miatt. A víz-víz hőszivattyú különösen fontos szerepet tölt be az iparban vagy a geotermikus források maximális kiaknázásában. Szennyvíz vagy geotermikus víz hőm. 28-30ºC maximumok sikeresen kiaknázhatók. Geotermikus vizek esetén a forrás megsokszorozható több PDC kaszkád alkalmazásával. Nyilvánvalóan a víz minőségét is figyelembe veszik, ez az akadály megfelelő hőcserélők (korróziógátló) alkalmazásával elkerülhető.

A víz-víz hőszivattyú a tavak, folyók, alagútvizek, gátak vizének kiaknázására is használható (amelyek hőmérséklete >8ºC). A víz-víz rendszert nyílt hurkú befogási rendszernek is nevezik. A párologtatón átáramló víz sebessége nem haladhatja meg a 0,8 m/s értéket. Ez a típusú hőszivattyú képes elérni a legmagasabb COP-t az összes említett típus közül. Egy ilyen víz-víz rendszer könnyen elérheti a COP=5 értéket, sőt meg is haladhatja azt, ha jól van elkészítve és megfelelően méretezve. Több ezer kW-os lenyűgöző teljesítményt is tud nyújtani egyetlen egységen vagy több kisebb tápegység csatlakoztatásával. Mindeddig azonban, legalábbis Európában, nem ez a legelterjedtebb hőszivattyú. Ennek több oka van: a víz minőségének gyakorlatilag meg kell felelnie az ivóvíz minőségének; a phreatikus rétegekből kinyert vizet vissza kell juttatni a talajba (a besajtoló kút a talajvíz vízáramlási irányától legalább 15 m-re legyen lefelé) minden beépített termikus kW-onként, minimum 160 liter vízmennyiség/ óra szükséges, azaz 0,16 mc/óra (min. 8°C-on), az áramlást mindenkor az elszívó kútnak kell biztosítania; az EU-ban nagyon szigorú előírások vonatkoznak erre a fúrási típusra.

Levegő-víz hőszivattyúk

A külső levegőből ventilátorral vagy a szellőzőrendszerből származó hő az elpárologtatón keresztül a hőhordozó közegbe, majd a kompresszoron keresztül a kondenzátorba kerül. Ez a hőátadó rendszer egy folyadékkörből áll, amelyet az otthon fűtésére és/vagy használati melegvíz előállítására használnak. Ezek a rendszerek nem túl hatékonyak, jelenlegi változatukban a víz-víz hőszivattyúk a legalacsonyabb hatásfokúak, így a költségek is alacsonyabbak. Ezek a szivattyúk nem működhetnek monovalensen 15 Celsius-fok alatti hőmérsékleten.

Levegő-levegő hőszivattyúk

A ventilátorral ellátott külső levegőből vagy a szellőzőrendszerből származó hő az elpárologtatón keresztül a hőhordozó közegbe kerül, és a kompresszoron keresztül a kondenzátorba kerül. A hőátadó rendszer légcsatornák rendszeréből vagy az épület fűtésére használt speciális berendezésekből áll. Ritka esetekben, fűtési rendszerekben alkalmazzák a hőközeg-levegő alacsony hatásfoka miatt (az általános nevén "légkondicionálás"-ként ismert rendszerek valójában levegő-levegő hőszivattyúk, és COP-juk 3 alatt van).

Hőszivattyúk Ultraflex hőcserélővel

Az Ultraflex rendszer már nem rendelkezik köztes hőcserélővel, mint a legtöbb piacon lévő hőszivattyúban megtalálható, ezért a rendszer a többi hőszivattyúhoz képest nagyon magas COP-értékkel rendelkezik, jelentősen megnövekedett megbízhatósága, valamint nagyon hosszú működési és meghosszabbított garanciaidő. és nagyon vonzó a vételáruk. Ennek ellenére rendkívül széles teljesítményvariációval rendelkezik (az ilyen rendszerek teljesítménye jelenleg nem korlátozott, és páratlan teljesítményt nyújtanak).

• a fűtendő tárgy mérete (a lakható és fűthető felület, a helyiségek átlagos magassága). Az objektív körül rendelkezésre álló (be nem épített) tér;
• az a földrajzi terület, ahol a célkitűzés található;
• egyéb fűtési rendszerek (gáz, folyékony tüzelőanyag, cseppfolyós gáz stb.) telepítésének lehetőségei;
• a „hidegforrás” (víz, levegő, talaj) hasznosításának helyszíni lehetőségei;
• egyéb fűtési források megléte (a hőszivattyú üzemmódjának megállapításához);
• villamosenergia-ellátás feltételei (egy- vagy háromfázisú hálózat, az elektromos csatlakozáson megengedett legnagyobb elektromos teljesítmény).

Mennyibe kerül a hőszivattyú?

Kétségtelen, hogy a hőszivattyús fűtési rendszer használatának költsége lényegesen alacsonyabb, mint egy klasszikus fűtési rendszeré. A különbség abból adódik, hogy a hőszivattyú 1 kw elektromos teljesítmény fogyasztása átalakul, vagy 3-5 kw hőteljesítményt tud termelni. Nagyon jó arány a többi klasszikus megoldáshoz képest. A hőszivattyúnál megfigyelt energiateljesítményt a COP adja meg, és a kondenzátornál eltávolított hőmennyiség és a kompresszor által fogyasztott elektromos energia aránya. Környezetvédelmi szempontból a hőszivattyúhoz képest, de a használat kényelmét is figyelembe véve elmondható, hogy egyáltalán nem elhanyagolhatóak a szilárd tüzelőanyaggal történő fűtéskor visszamaradt maradékok, sem ezek állandó és előrejelzett áremelkedésének perspektívája. földgáz, folyékony üzemanyag vagy villamos energia.

A felelősségteljes fogyasztást ösztönző különféle programokban, mint például a "Casa Verde" állami támogatásban részesülhettek azok a tulajdonosok, akik otthonukat hőszivattyús rendszerrel szerelték fel, legutóbb 8000 lej volt. Elszámolhatóak voltak a rendszer telepítésével, üzembe helyezésével kapcsolatos kiadások, valamint az általános forgalmi adó, ezen kiadások áfája is.

A Sol-Air típusú hőszivattyú ára körülbelül 2400 Kw-os teljesítmény esetén 7,5 euró között mozog, a körülbelül 12.000 Kw-osoknál elérheti a 50 280 eurót is. Igénytől és a fűteni kívánt felülettől függően körülbelül XNUMX euró/Kw ár jöhet szóba.

A Víz-Víz hőszivattyú ára a többi hőszivattyúhoz képest átlagosnak mondható, a kis 1900 Kw-osoknál 6 euró között mozog, az 15.000 Kw-osoknál pedig elérheti a 50 260 eurót. Igénytől és a fűteni kívánt felülettől függően körülbelül XNUMX euró/Kw ár jöhet szóba.

A levegő-víz hőszivattyú ára a legalacsonyabb a többi hőszivattyús rendszerhez képest és 2100 euró / 6 Kw között mozog és 9000 Kw esetén elérheti a 35 eurót. Igénytől és a fűtendő felülettől függően kb. 240 euró/Kw ár jöhet szóba.

További fontos észrevételek

Az európai szabványok szerint a szükséges hőterhelés számítása a felület négyzetméterére vonatkozik, [W/m²], figyelembe véve a helyiség maximális magasságát H=3m (a legtöbb helyiség jellemző magassága – atipikus esetben megtörténik a szükséges korrekciók).

Például, ha egy épület hőigénye 50 W/m², és a lakható felülete 350 m² (H=3m) fűthető, akkor a hőerőmű hőteljesítménye (típusától függetlenül) 250mpx50W/m² = 12500W=12.5kW. (A magasságot csak atipikus esetekben adjuk meg).

A szivattyú megfelelő méretezése elengedhetetlen annak élettartamához. A túlméretezett hőszivattyú amellett, hogy drágább, hibás működésű, gyakoribb indításokkal és leállásokkal. Alulméretezett hőszivattyú, hosszabb ideig és kis szünetekkel működik. Azonban, ha nincs alternatíva, célszerű a szivattyút alulméretezni (bizonyos határokon belül), mint túlméretezni.

Egy 200 négyzetméter hasznos alapterületű háznál, ahol egy 8-10 Kw-os talaj-levegő hőszivattyú is elegendő, a teljes költség 60.000 XNUMX lej körül mozog, és a választott márkától függően eltérő.

A hőszivattyúk viszonylag magas ára miatt nem gazdaságos a rosszul szigetelt, nagy hőteljesítményt igénylő tereket fűteni. Előnyösebb az épület szigetelése, mint a fűtési forrás teljesítményének növelése. A reverzibilis hőszivattyú teljesítményének meghatározásakor a hűtőteljesítményt (EER) veszik figyelembe. A hűtőteljesítmény mindig nagyobb, mint a fűtési teljesítmény.

Például a DIN 4701 szabványok azon feltételekre vonatkozóan, amelyeknek a németországi fűtött épületeknek meg kell felelniük, fejlődésük során:

• 45-60 W/m2002 új építések (XNUMX-es szabályozás)
• 50-60 W/m1995 új építések (XNUMX-es szabályozás)
• 70 előtt készült 90-1995 W/mXNUMX konstrukciók
• 120 W/mXNUMX régi épületek minden előírás nélkül készültek

Nagyon rossz hőszigetelésű épület esetén a hőszivattyús beruházás nem kifizetődő.

Hőszivattyús kazánok

A cikkben korábban leírtakon túlmenően fontosnak tartjuk, hogy a hőszivattyús kazánokat külön kezeljük a széles lefedettség miatt. A levegő-levegő hőszivattyúk elvén működnek, a felmelegített vizet egy kazánban tárolják, amely a hőszivattyúval közös testet alkot. A levegő-levegő hőszivattyú maximális teljesítménye 15 Celsius-fok feletti környezeti hőmérsékleten érhető el, de -5 Celsius fokos hőmérsékleten is működhet. Ha a hőszivattyús kazán beépítési helyét helyesen választjuk meg, olyan helyiségben, ahol hőtermelő vagy egyéb hőtermelő berendezés is található, a hűtőszekrénytől a szerverekig stb., ezeknek a kazánoknak az optimális működése megoldható. hőszivattyúkkal biztosítva, egész télen, alacsony költséggel. A kazánok elektromos ellenállással is fel vannak szerelve olyan helyzetekre, amikor a víz gyors felmelegítésére van szükség. Egy másik hasznos lehetőség, hogy az elszívott levegő áramlásával csökkenthető a levegő páratartalma, vagy néhány fokkal hűthető a helyiség, amelyben a hőszivattyús kazán található.

A cikkhez felhasznált források

Remus Rădulet et al. Román Műszaki Lexikon, Bukarest: Műszaki Könyvkiadó, 1957-1966.
Az ASHRAE Handbook, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA, 2004. évi rendszerek és berendezések kötet
A mérnöki termodinamika alapjai, Howell és Buckius, McGraw-Hill, New York
Hőszivattyú – teljes részletek

KAPCSOLAT – ROMÁNIA

Str. Zorelelor, Nem. 5, irányítószám – 410583, Nagyvárad, Bihar, ROMÁNIA, tel. 0757010000

KAPCSOLAT - ÉSZAK-AMERIKA

TERMOCASA CORPORATION LTD
16113 WINDHAM ROAD, CALIFORNIA 92503 USA, TEL: 001 951 785 1085 E-mail: office@termocasa.ro