Există mai multe modele de pompe de căldură:
Pe tranzițiile de fază (evaporarea și condensarea agentului frigorific);
Pe baza fenomenelor termoelectrice în conductori sau semiconductori;
În regiunea temperaturilor foarte joase - asupra efectului magnetizării-demagnetizării; și altele.
Cu un secol și jumătate în urmă, când fizicianul britanic William Thomson a venit cu un dispozitiv numit "multiplicatorul de căldură", bazat pe următoarele fenomene fizice:
substanța consumă energie în timpul evaporării și dă energie la condensare
Punctul de fierbere al substanței se schimbă odată cu presiunea
Principiul de funcționare a pompei de căldură bazată pe faptul că agentul frigorific se evaporă în camera de joasă presiune și temperatură și se condensează într-o cameră cu presiune ridicată și temperatură, făcând astfel transferul de energie (caldura) din corpul rece încălzit, adică în direcția în care spontană schimbul de căldură este imposibil.
Performanța pompei de căldură (raportul dintre cantitatea de căldură, căldura transferată către corp, cantitatea de muncă folosită) în cazul ideal este egală cu:
a = Tout / (Tout - Tin)
unde T ex și T in. - temperaturi la ieșirea și la intrarea pompei.
Dispozitivul pompei de căldură
Principalele elemente ale pompei de căldură este conectată la evaporator conductă, un compresor, un condensator și un regulator de accelerație-Flow sau expander tub vortex. Schematic, pompa de căldură poate fi reprezentată ca un set de trei bucle: în primul, exterior, recirculată teplootdatchik (agent de răcire colectare agent termic ambiant), în al doilea - o substanță care se evaporă, energia termică absorbită teplootdatchika și condensat, dând chiuveta căldură de căldură, în al treilea - receptor de căldură (apă în încălzirea și alimentarea cu apă caldă a clădirii).
Circuitul extern (colector) este o conductă amplasată în sol sau în apă (de exemplu, o polietilenă), 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, schimbătoare de căldură integrate - evaporator și condensator, precum și dispozitivele 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 al pompei de căldură
lichid de răcire lichid este forțat prin intermediul pedalei de accelerație, presiunea scade și intra în vaporizator, în cazul în care efervescența, selectarea căldura furnizată de colector mediului înconjurător. Gazul, care a devenit agentul frigorific aspirat în compresor, comprimat și încălzit, este împins în condensator. Condensatorul este unitatea de radiator a pompei de căldură: în acest caz, căldura este preluată de apa din sistemul de încălzire. În același timp, gazul este răcit și condensat pentru a fi din nou descărcat în supapa de expansiune și returnat la vaporizator. După aceasta, ciclul de lucru începe din nou.
Eficiența pompei de căldură
În timpul funcționării, compresorul consumă energie electrică. Pentru fiecare kilowatt-oră de energie electrică consumată, pompa de căldură generează 2,5-5 kilowați-oră de energie termică. Raportul dintre energia termică produsă și energia electrică consumată se numește raportul de transformare (sau coeficientul 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.
Din acest motiv, pompa de căldură ar trebui să utilizeze cât mai mult posibil o sursă de căldură cu potențial scăzut, fără a încerca să obțină o răcire puternică. De fapt, aceasta crește eficiența pompei de căldură, deoarece, cu o ușoară răcire a sursei de căldură, nu există o creștere semnificativă a diferenței de temperatură. Din acest motiv, pompele de căldură sunt realizate astfel încât masa sursei de căldură cu temperatură scăzută să fie semnificativ mai mare decât masa încălzită.
Spre deosebire de sursele de căldură de combustibil pompă de căldură este că la locul de muncă, cu excepția energiei pentru compresor, este necesar ca o sursă de căldură cu grad scăzut, în timp ce sursele tradiționale de căldură, căldura generată depinde exclusiv de eficiența consumului de combustibil a aeronavelor.
Problema legării unei pompe de căldură de o sursă de căldură cu potențial scăzut având o masă mare poate fi rezolvată prin introducerea unui sistem de transfer de masă în pompa de căldură, de exemplu, un sistem de pompare a apei. Astfel, sistemul de încălzire centrală din Stockholm este amenajat.
Eficiența condiționată a pompelor de căldură
Pompa de căldură este capabil să utilizeze surse cu potențial ridicat de energie, „pompă“, în cameră (ca procent din Uzat) de la 200% până la 600% din energia termică scăzută potențial. În acest caz, nu există o încălcare a legii conservării energiei, deoarece mediul se răcește.
Teoretic, utilizarea pompelor de căldură pentru încălzirea spațiului este mai eficientă decât cazanele pe gaz. Instalațiile moderne de turbine cu gaze cu abur la centralele electrice au eficiență, puțin mai mică decât eficiența cazanelor pe gaz. Ca urmare, odată cu trecerea industriei de energie electrică la echipamente moderne și utilizarea pompelor de căldură, este posibil să se obțină economii de gaze de până la 3-5 ori în comparație cu cazanele pe gaz. De fapt, este necesar să se țină seama de costurile generale ale transportului, conversiei și distribuției energiei electrice (de exemplu, serviciile de rețele energetice). Ca urmare, prețul de vânzare al energiei electrice este de 3-5 ori mai mare decât costul său inițial, ceea ce neagă utilizarea tehnologiei în general progresive. În acest sens, se recomandă utilizarea energiei electrice din surse alternative (centralele cu unde, eoliene, centralele solare) sau combinarea producerii de energie electrică cu gaz, utilizându-se aici, la fața locului, pentru a genera căldură într-o pompă de căldură.
Tipuri de pompe de căldură și 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“,
Eficiența și alegerea unei anumite surse de energie termică depind de condițiile climatice.
Recomandări practice pentru funcționarea pompei de căldură
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 m? (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 metru curent al puțului reprezintă 50-60 W de energie termică. Astfel, pentru a instala o pompă de căldură cu o capacitate de 10 kW, este necesară o adâncime de 170 m.
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 diametrul găurii de sondă 40-60 mm forate vertical sau oblic la o adâncime de 15-30 m. Datorita acestui design de dispozitiv de circuit de schimb de căldură de circuit se face pe o suprafață de câțiva metri pătrați și nu necesită instalarea schimbătorului de căldură intermediar suplimentar și costurile 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.
În cazul în care căldura de bucla exterioară nu este încă suficient pentru încălzire la temperaturi extrem de scăzute, funcționarea pompei este practicată în tandem cu un generator suplimentar de căldură (de exemplu, în astfel de cazuri, utilizarea circuitului de încălzire bivalent). Când temperatura pe stradă scade sub nivelul de proiectare (temperatura de bivalență), este pornit un al doilea generator de căldură, cel mai adesea un încălzitor electric mic.
Avantajele și dezavantajele pompei de căldură
Avantajele pompelor de căldură, în primul rând, includ economia: pentru transferul a 1 kWh de căldură către sistemul de încălzire, instalația are nevoie doar de 0,2-0,35 kWh de energie electrică. Deoarece transformarea energiei termice în energie electrică la centrale electrice mari are loc cu o eficiență de până la 50%, eficiența utilizării combustibilului la utilizarea pompelor de căldură este crescută. Cerințele față de sistemele de ventilație ale clădirilor sunt simplificate, iar gradul de siguranță la incendiu este mărit. Toate sistemele funcționează utilizând circuite închise și nu necesită costuri operaționale, cu excepția costului energiei electrice necesare funcționării echipamentului.
Un alt avantaj al pompelor de căldură este capacitatea de a trece de la modul de încălzire în timpul iernii la aerul condiționat în timpul verii: pur și simplu în locul radiatoarelor, o bobină externă a ventilatorului este conectată la un colector 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. În prezent, în Japonia, aproximativ 3 milioane de instalații sunt în funcțiune, în Suedia aproximativ 500 000 de case sunt încălzite de pompe de căldură de diferite tipuri.
Pentru dezavantajele pompelor de căldură utilizate pentru încălzire, este necesar să se atribuie costul ridicat al echipamentului instalat.
Perspectivele aplicării pompei de căldură
Pentru a organiza pompa de căldură, sunt necesare costuri inițiale mari: costul pompei și instalarea sistemului este de 300-1200 USD pe 1 kW pentru puterea de încălzire necesară. Perioada de rambursare a pompelor de căldură este de 4-9 ani, cu o durată de viață de 15-20 de ani înainte de reparații.
Există, de asemenea, o viziune alternativă asupra fezabilității economice a instalării pompelor de căldură. Deci, dacă instalarea pompei de căldură se face cu fonduri împrumutate pe credit, economiile de la utilizarea pompei de căldură pot fi mai mici decât costul utilizării împrumutului. Prin urmare, se poate aștepta utilizarea în masă a pompelor de căldură în sectorul privat, în cazul în care costul echipamentului pentru pompe de căldură va fi comparabil cu costul instalării încălzirii gazelor și conectării la rețeaua de gaze.
Chiar mai promițătoare este sistemul care combină o sursă geotermală cu o pompă de căldură într-un singur sistem de alimentare cu căldură. În același timp, sursa geotermală poate fi fie naturală (ieșirea apelor geotermale), fie origine artificială (de asemenea, prin injectarea apei reci în stratul adânc și ieșirea la suprafața apei încălzite).
O altă posibilă aplicare a pompei de căldură poate fi combinarea sa cu sistemele de încălzire centralizate existente. Pentru consumator, în acest caz se poate furniza apă relativ rece, a cărui căldură este transformată de o pompă de căldură în căldură cu potențial suficient pentru încălzire. Cu toate acestea, datorită temperaturii mai scăzute a suportului de căldură, pierderile pe calea către consumator (diferențe proporționale ale temperaturii lichidului de răcire și a mediului) pot fi reduse semnificativ. Uzura țevilor de încălzire centrală va fi de asemenea redusă, deoarece apa rece are o activitate mai puțin corozivă decât apa caldă.
Limitări privind utilizarea pompelor de căldură
La prea mare diferența de temperatură dintre exterior și în clădire, pompa de căldură pierde eficiența (aplicabilitate în limita încălzirea locuinței datorită sistemelor de pompe de căldură, aerul exterior -? Aproximativ 15-20 ° C). Pentru a rezolva această problemă, se utilizează sisteme de pompare a căldurii din sol sau din apele subterane. În acest scop, în sol, sub punctul de îngheț al tuburilor stivuite în care circulă agentul de răcire, sau (în cazul apei subterane grele) prin pompe de căldură prin pompare a apelor subterane.
Un alt mare "VUT" se încheie în tarife specifice pentru energie electrică și gaz. Pentru a produce 1 kilowatt-oră de energie electrică, este necesar să cheltuiți 1/3 kg de combustibil standard. Ca rezultat, costul caloriilor electrice și gaze variază cu un factor de 3-10. Aceasta duce la ineficiența pompei de căldură în comparație cu echipamentul de încălzire cu gaz.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: