Ideea unei pompe de căldură a fost exprimată cu un secol și jumătate în urmă de fizicianul britanic William Thomson. Acest dispozitiv pe care la inventat, el a numit un "multiplicator de căldură".
Pompa de căldură este "răcitorul din contră". Relația paradoxală, la prima vedere, între "producția de căldură" și o mașină de răcire este aceea că principiul funcționării pompelor de căldură și a frigiderelor convenționale este același și se bazează pe două fenomene fizice bine cunoscute.
Mai întâi, când substanța se evaporă, absoarbe căldura și atunci când se condensează, ea o dă departe. Această regularitate se explică prin efectul de răcire lichid într-o sticlă învelit cu o cârpă umedă (apă I evaporarea absoarbe o parte din căldura) și o killability opărire mai mare (temperatura lichidului și a vaporilor de fierbere este identic, dar energia cuplu atât mai mult acest arsuri periculoase).
În al doilea rând, atunci când presiunea se schimbă, agentul de evaporare și de temperatura de condensare - cea mai mare presiune, mai mare temperatura și invers. Din acest motiv, kastryule- „oala sub presiune“ produse alimentare este gătit mai repede decât de obicei (presiunea crește în interiorul și în consecință se ridică și temperatura apei de fierbere). Dar, în munți, unde presiunea atmosferică este mai mică, pentru a găti alimente, este nevoie de mai mult timp (la 3000 m apa fierbe la temperatura de 90 „C și se fierbe apa de fierbere, de exemplu, pui ou fiert tare este imposibil, deoarece o proteină la o temperatură sub 100 ° C nu se prăbușește).
Funcția frigider de uz casnic este de a răci produsul și miezul său, o cameră izolată termic, unde căldura este „pompat“ (prezentat în fierbere, schimbător de agent frigorific de căldură, evaporator) și prin „ejectat“ schimbător-condensator la camera (peretele din spate al frigiderului este destul de cald la atingere).
În pompa de căldură, schimbătorul de căldură, de la care căldura este "îndepărtată" și folosită pentru încălzirea casei, devine cea principală, iar congelatorul secundar este situat în afara clădirii.
Principiul de funcționare
Schematic, pompa de căldură poate fi reprezentată ca un set de trei bucle: în primul exterior, circulă teplootdatchik în al doilea (colectarea căldurii de mediu lichid de răcire); - refrigerent (o substanță care se evaporă, energia termică absorbită teplootdatchika și condensat, dând căldură la căldură chiuveta) , în al treilea rând - receptorul de căldură (apa din sistemele de încălzire și de alimentare cu apă caldă ale clădirii).
Circuitul extern (colector) este o conductă din polietilenă plasată în sol sau în apă, în care circulă lichidul antigel care nu îngheață. Sursa de căldură cu potențial scăzut poate servi drept sol, piatră, lac, râu, mare și chiar eliberarea aerului cald din sistemul de ventilație al unei întreprinderi industriale.
În a doua buclă, în cazul în care agentul frigorigen, ca în frigider de uz casnic, dispozitive încorporate schimbătoare - evaporator și condensator, precum și dispozitive care modifică presiunea unui lichid de răcire - pulverizare în reactor în fază lichidă (orificiu îngust) și comprimă deja în compresor stare gazoasă .
Ciclul de lucru arată astfel. Agentul frigorific lichid este forțat prin accelerație, presiunea sa scade și intră în vaporizator, unde se fierbe, înlăturând căldura furnizată de colector din mediul înconjurător. Apoi, gazul în care a răcit agentul frigorific este aspirat în compresor, este comprimat și, încălzit, este împins în condensator. Condensatorul este unitatea de transfer de căldură a pompei de căldură: în acest caz, căldura este recepționată de apă în sistemul de încălzire. În același timp, gazul se răcește și se îngroșește în lichid pentru a fi din nou descărcat în supapa de expansiune și returnat la vaporizator. După aceasta, ciclul de lucru începe din nou.
Pentru ca compresorul să funcționeze (menținerea presiunii ridicate și a circulației), acesta trebuie conectat la electricitate. Dar, pentru fiecare kilowatt-oră de energie electrică consumată, pompa de căldură generează 2,5-5 kilowați-oră de energie termică. Raportul dintre energia termică generată și energia electrică consumată se numește raportul de transformare (sau factorul de conversie a căldurii) și servește ca indicator al eficienței pompei de căldură. Această valoare depinde de diferența dintre nivelul de temperatură din evaporator și condensator: cu cât este mai mare diferența, cu atât este mai mică această valoare.
Surse de energie
Potrivit vederii a lichidului de răcire din circuitul de intrare și de ieșire Pompele sunt împărțite în șase tipuri: „aer-aer“ „sol-apă“, „apă-apă“, „aer la apă“, „sol-aer“, „apă-aer“,
Când este utilizat ca o linie geotermică energie termică, în care circulă antigel, îngropate în pământ la o adâncime de 1 m. Distanța minimă dintre tuburi colector-0,8-1m.
Nu este necesară pregătirea specială a solului. Dar este de dorit utilizarea site-ului cu un sol umed, dacă este uscat, conturul trebuie făcut mai lung. Valoarea aproximativă a puterii termice pe 1 m a conductei este de 20-30 W. Astfel, pentru a instala o pompă de căldură cu o capacitate de 10 kW, este necesară o lungime a conturului pământului de 350-450 m, care necesită o bucată de pământ cu o suprafață de aproximativ 400 m2 (20x20 m). În cazul în care calculul este corect, conturul nu afectează plantațiile verzi.
Dacă nu există o zonă liberă pentru a instala un rezervor sau când o piatră stâncoasă este utilizată ca sursă de căldură, conducta este coborâtă în puț. Nu este necesar să folosiți un adânc de adâncime, aveți posibilitatea să exersați câteva zone superficiale și mai ieftine pentru a obține adâncimea totală calculată. Uneori fântâni de fundație sunt folosite ca fântâni.
Aproximativ 1 funcționare. m godeuri reprezintă 50-60 wați de energie termică. Astfel, pentru a instala o pompă de căldură cu o capacitate de 10 kW, este necesară o adâncime de 170 m.
Printre pompele de căldură care utilizează căldura stratului de suprafață al pământului, sistemul EarthLinked® se distinge printr-un schimbător de căldură din cupru DIRECT AXXESS®.
Agentul frigorific este alimentat direct la sursa de tip terestru, care asigură o eficiență ridicată a sistemului de încălzire geotermală. Evaporatorul este instalat în sol orizontal sau sub adâncimea de îngheț în 40-60mm diametrul găurii de sondă forate vertical sau oblic la o adâncime de 15-30 m. Datorita acestui design al dispozitivului circuitului produs în zona buclei de schimb de căldură de la doar câțiva metri pătrați și nu necesită instalarea schimbătorului de căldură intermediar și costurile suplimentare cu privire la funcționarea pompei de circulație.
Atunci când utilizați un corp de apă din apropiere ca sursă de căldură, conturul este așezat pe fund. Această opțiune este considerată ideală: circuitul nu este prea lung, temperatura ambiantă "ridicată" (temperatura apei din rezervor în timpul iernii este întotdeauna pozitivă), factorul de conversie ridicat de energie al pompei de căldură.
Valoarea aproximativă a puterii de ieșire la 1 m a conductei este de 30 W. Astfel, pentru a instala o pompă de căldură cu o capacitate de 10 kW, este necesar să se pună în lac un contur de lungime de 300 m. Pentru a împiedica apariția conductei, m este stabilit aproximativ 5 kg de marfă.
Pentru a obține căldură din aer cald (de exemplu, din sistemul de ventilație de evacuare), se utilizează un model special de pompă de căldură cu un schimbător de căldură de aer. Încălzirea aerului pentru sistemul de încălzire și apa caldă pot fi colectate și la instalațiile de producție.
Dacă încălzirea din circuitul extern este încă insuficientă pentru încălzire prin înghețuri severe, este o practică obișnuită să folosiți pompa împreună cu un generator suplimentar de căldură (în astfel de cazuri se spune că este folosit un circuit bivalent de încălzire). Când temperatura pe stradă scade sub nivelul de proiectare (temperatura de bivalență), este pornit un al doilea generator de căldură, cel mai adesea un mic încălzitor electric.
avantaje
Avantajele pompelor de căldură includ în primul rând economia: pentru transferul a 1 kW de energie termică către sistemul de încălzire, instalarea necesită numai 0,2-0,35 kW de energie electrică. În plus, pompa de căldură nu ard combustibil și nu produce emisii nocive în atmosferă. Nu necesită ventilație specială a încăperilor și este absolut sigur. Toate sistemele funcționează utilizând circuite închise și nu necesită costuri de exploatare, cu excepția costului energiei electrice necesare pentru funcționarea echipamentului.
Un alt avantaj al pompelor de căldură este posibilitatea de a trece de la modul de încălzire în timpul iernii la aerul condiționat în timpul verii: pur și simplu în loc de radiatoare, ventilatoarele externe sunt conectate la colectorul extern.
Pompa de căldură este fiabilă, funcționarea acesteia fiind controlată de automatizare. În timpul funcționării, sistemul nu necesită întreținere specială, manipulările posibile nu necesită aptitudini speciale și sunt descrise în manualul de instrucțiuni.
O caracteristică importantă a sistemului este caracterul său strict individual pentru fiecare consumator, care constă în alegerea optimă a unei surse stabile de energie cu potențial scăzut, calcularea factorului de conversie, a profitului și altele.
Pompa de căldură este compactă (modulul nu depășește dimensiunea unui frigider obișnuit) și este aproape silențios.
Deși ideea exprimată de Lordul Kelvin în 1852 a fost realizată patru ani mai târziu, aplicarea practică a pompelor de căldură a fost primită abia în anii 30 ai secolului trecut. În țările occidentale, pompele de căldură au fost folosite mult timp - atât în viața cotidiană, cât și în industrie. Astăzi, în Japonia, de exemplu, aproximativ 3 milioane de instalații sunt în funcțiune.
Distribuția largă a pompelor de căldură este împiedicată de o conștientizare insuficientă a populației. Potențialii cumpărători se tem de costul inițial relativ ridicat: costul pompei și instalarea sistemului este de 300-1200 $ pe 1 kW putere de încălzire necesară. Dar calcul știință de carte demonstrează fezabilitatea economică a utilizării acestor sisteme: investiții plăti, în conformitate cu estimările brute, peste 4-9 ani, si sunt pompe de căldură timp de 15-20 de ani înainte de revizie.